estequiometría2019

(1)

Reacciones Químicas

Sergio Casas-Cordero E. Profesor de Química

(2)

(3)

Evidencia de las reacciones químicas

 _{Cambio físico – la composición química de}

una sustancia permanece constante.

 Fundir hielo

 _{Cambio químico – la composición química de}

una sustancia cambia.

 Oxidación del Hierro

 _{Reacción química – ocurre reordenamiento}

de átomos; se rompen enlaces y se forman nuevos enlaces.

(4)

Prof. S. Casas-Cordero E.

Observaciones que evidencian una reacción química:

Cuando:

 Se produce un gas.

 Se produce un sólido insoluble.  Se observa un cambio de color

permanentemente.

 Se observa transferencia de calor.

 Exotérmico – se libera calor.  _{Endotérmico – se absorbe}

(5)

Reacción química: rearreglo de átomos.

(6)

La Ecuación Química

Representa de modo escrito a una reacción química.

Las sustancias iniciales se denominan Reactantes o Reactivos.

Las sustancias finales se conocen como Productos.

(7)

Ecuación química:

2A + B2 → 2AB

Flecha: produce

Escribiendo Ecuaciones Químicas

catalizador condiciones subíndice coeficiente Temperatura, presión, solventes productos reactivos

(8)

Representaciones:

 _{La flecha}_{: Indica lo que se produce.}

 _{Catalizador: Sustancia que acelera o retarda}

la velocidad de la reacción. No es un

reactante, ya que no se consume ni se altera.

 _Coeficientes_{: Son números enteros y}

sencillos que se escriben a la izquierda de la fórmula. Sirven para balancear la ecuación.

 _{Subíndice: son los números pequeños que}

indican el número de átomos de cada clase que hay en la fórmula química.

(9)

2 HCl(ac) + Na2CO3(s)



H2O (l) + CO2(g) + 2 NaCl(ac)

Estado físico

ac: disuelto en agua

s: sólido

l: líquido

(10)

(11)

BALANCE DE ECUACIONES

Todas las reacciones químicas cumplen fielmente dos importantes leyes de la

Química; la Ley de Lavoisier (conservación de la masa) y la Ley de Proust (proporciones definidas). El balance de la ecuación se hace para satisfacer la primera ley. El

procedimiento puede ser por simple “tanteo o intuición” deducir cuáles son los coeficientes más apropiados o bien se puede aplicar un procedimiento “matemático”

(12)

N

₂

+ H

₂

NH

₃

(13)

Hay 2 N en la izquierda. Para que hayan 2 N en el lado derecho, colocar el coeficiente 2 al NH3:

N2 + H2 2 NH3

Ahora hay dos moléculas de NH3 y 2x3 = 6 H

del lado derecho.

Poner coeficiente 3 al H2.

La ecuación ahora está balanceada. N2 + 3 H2 2 NH3

(14)

átomo izquierda derecha

N 1x2 = 2 2x1 = 2

H 3x2 = 6 2x3 = 6

Conteo de los átomos

N2 + H2  NH3

(15)

(16)

3 moléculas de hidrógeno (con 2 átomos) para formar:

¿Qué significa esta ecuación?

N

₂

+

3 H

₂



2 NH

₃

1 molécula de nitrógeno (con 2 átomos)

reacciona con

2 moléculas de amoníaco ( Cada molécula contiene 1 átomo de N y 3 átomos de H)

1 mol de nitrógeno (N₂)

reacciona con

3 moles de hidrógeno (H₂) para formar:

2 moles de

(17)

(1g)(2) = 2g

N

₂

+

H

₂



NH

₃

14g (2)

= 28g + = 30g

(14 g+1g(3) = (17g)

= 17g

reacciona con

2 moles de

amoníaco (NH₃)

No cumple con la Ley de la conservación de la masa

(18)

3 (1g)(2) = 6g

N

₂

+

3 H

₂



2 NH

₃

14g (2)

= 28g + = 34g

2 (14 g+1g(3)) = 2(17)

= 34g

reacciona con

2 moles de

amoníaco (NH₃)

Cumple con la Ley de la conservación de la masa

(19)

Siete elementos existen naturalmente como

moléculas diatómicas: H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, y I2

(20)

Ejemplo:

“El cobre sólido reacciona con el ácido nítrico acuoso

formando nitrato cúprico acuoso mas dióxido de nitrógeno gas y agua líquida”.

(21)

Finalmente la ecuación química balanceada será;

“ùn molecula de cobre sólido reacciona con cuatro moléculas de ácido nítrico acuoso formando una molecula de nitrato cúprico acuoso mas dos moléculas de dióxido de nitrógeno gas y agua líquida”.

1 Cu + 4 HNO3  1 Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2 NO2

(22)

22

Ejercicio:

Ajusta las siguientes ecuaciones

químicas por el método de tanteo:

 _{a) C}₃_H₈_{+ O}₂ _CO₂_{+ H}₂_O

 _{b) Na}₂_CO₃_{+ HCl}_{Na Cl + CO}₂_{+ H}₂_O  _{c) PBr}₃_{+ H}₂_O_{HBr + H}₃_PO₃

 _{d) CaO} _{+ C}_CaC₂_{+ CO}

 _{e) H}₂_SO₄_{+ BaCl}₂ _BaSO₄_{+ HCl}

5 3 4

2 2 3 3 3 2

(23)

Balancea por el método de tanteo

 _{1. Zn + HCl → ZnCl}2 + H2

 _{2. HCl + Ca(OH)}2 → CaCl2 + H2O

 _{3. Al}2O3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 +H2O

 _{4. P + O}2 → P2O3

 _{5. Na + H}2O →NaOH + H2

 _{6. P}2O5 + H2O → H3PO4

 _{7. KClO}3 → KCl + O2

 _{8. Fe + HCl → FeCl}3 + H2

 _{9. NaOH + CuCl}2 → Cu(OH)2 + NaCl

 _{10. Cu + HNO}3 → Cu(NO3)2 + H2O + NO2

(24)

Balancea por el método de tanteo

 _{1. Zn + 2HCl → ZnCl}2 + H2

 _{2. 2HCl + Ca(OH)}2 → CaCl2 + 2H2O

 _{3. Al}2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O

 _{4. 4P + 3O}2 →2 P2O3

 _{5. 2Na + 2H}2O → 2NaOH + H2

 _{6. P}2O5 + 3 H2O → 2H3PO4

 _{7. 2 KClO}3 → 2 KCl + 3O2

 _{8. 2 Fe + 6HCl → 2FeCl}3 + 3H2

 _{9. 2NaOH + CuCl}2 → Cu(OH)2 +2 NaCl

 _{10. Cu + 4HNO}3 → Cu(NO3)2 +2 H2O + 2NO2

(25)

Quote of the Day

I am no afraid. I was born to do this.

Joan of Arc

(26)

Reacción de Combinación (Síntesis):

A + Z  AZ

Reacción de Descomposición (Análisis): AZ  A + Z

Reacción de Simple Desplazamiento : A + BZ  AZ + B

Reacción de Doble Desplazamiento (Metátesis): AX + BZ  AZ + BX

Reacción de Neutralización:

HX + BOH  BX + HOH

(27)

Combinación

Descomposición

Simple Desplazamiento

(28)

elemento + elemento compuesto

2H

₂

+ O

₂

2H

₂

O

Combinación

Elementos o compuestos se combinan para formar un compuesto:

(29)

compuesto elemento + elemento

2H

₂

O 2H

₂

+ O

₂

 _{Un compuesto se descompone en partes:}

(30)

elemento + compuesto compuesto + elemento

Zn + 2 HCl ZnCl

₂

+ H

₂

 _{Un elemento desplaza a otro elemento en un}

compuesto:

(31)



_{Una reacción de neutralización es un}

caso especial de reacción de doble

desplazamiento

HCl

(ac)

+ NaOH

(ac)

+

(ac)

(34)

Ejercicios:

Identifique el tipo de cada una de las siguientes reacciones:

1. Zn(s) + CuSO4(ac)  ZnSO4(ac) + Cu(s)

2. 2 Sr(s) + O2(g)  2 SrO(s)

3. Cd(HCO3)2(s)  CdCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

4. H3PO4(ac) + 3 NaOH(ac)  Na3PO4(ac) + 3 H2O(l)

(35)

 _{Respuesta del ejercicio anterior:}

1. Simple Desplazamiento 2. Combinación

3. Descomposición 4. Neutralización

(36)

 _{C (s) + O}₂_{(g) →CO}₂_(g)  _{Esta balanceada}

 _{Reacción de sintesis}

 _{C solido y O}₂_{gas; 2 subindice-}_Reactivos  _CO_{2 gas 2 sub}_{indice - producto}

 C= 12 O =16

 _{C (s) + O}₂_{(g) →CO}₂_(g)  12g + (16)2 → 12g + (16)2

 12g + 32g = 12g +32g

 48= 48

(37)

(38)

Trabajo Especial -Tipos de

Reacción

 _{Hacer un cuaderno engrapado de los tipos de reacción.}  _{En cada pestaña vas a definir la reacción y darás un}

ejemplo de ecuación química de la reacción. La

ecuación debe estar correctamente balanceada y con los estados de la materia.

No pueden ser los

ejemplos discutidos en clase.



_{Valor 50pts}



_{Entregar viernes 17 mayo 2019}

(39)

Practica: identifica el tipo de reacción, las partes de la

ecuación y el estado de los reactantes y los productos, indica si la ecuación esta balanceada. Si no lo esta balanceala.

 _{a) HgO(s) → Hg(s) + O}_2(g)  _{b) N}_2(g)_{+ 3 H}_2(g)_{→ 2 NH}_3(g)  _{c) Mg(s) + O}_2(g)_{→ MgO(s)}  _{d) MnO}_{2 (s)}_{+ Al → Al}₂_O₃_{+ Mn}  _{e) H}₂_{O(l) → H}_2(g)_{+ O}_2(g)

 _{f) Ca(g) + O}_2(g)_{→ CaO}

 _{g) P}₄_O_10(s)_{+ H}₂_{O(l) → H}₃_PO_4(l)  _{h) Ca(s) + N}_2(g)_{→ Ca}₃_N_2(S)

(40)

Practica: identifica el tipo de reacción, las partes de la ecuación y el estado de los reactantes y los

productos, indica si la ecuación esta balanceada. Si no lo esta balanceala.

 _{a)2HgO(s) → 2Hg(s) + O}_{2(g) descomposición}  _{b) N}_2(g)_{+ 3 H}_2(g)_{→ 2 NH}_{3(g) sintesis}

 _{c) 2Mg(s) + O}_2(g)_{→ 2MgO(s) síntesis}

 _{d) 3MnO}_{2 (s)}_{+ 4Al → 2Al}₂_O₃_{+ 3Mn}desplazamiento simple

 _{e) 2H}₂_{O(l) → 2H}_2(g)_{+ O}_{2(g) descomposición}  _{f) 2Ca(g) + O}_2(g)_{→ 2CaO síntesis}

 _{g) P}₄_O_10(s)_{+ 6H}₂_{O(l) → 4H}₃_PO_{4(l) síntesis}  _{h) 3Ca(s) + N}_2(g)_{→ Ca}₃_N_{2(S) síntesis}

 _{i) CdCO}_3(s)_{→ CdO}_(s)_{+ CO}_{2(g) descomposición}

(41)

Repaso

 _{Para las siguientes ecuaciones químicas haz}

la siguiente: balancéalas, clasifícalas, identifica los reactivos, productos,

coeficiente, subíndice, estado físico, determina si cumple con la ley de la

conservación de la masa y escribelas en palabras. Indica si es una reacción

exotérmica o endotérmica.

(42)

Practica: identifica el tipo de reacción, demuestra si cumple con la ley de la conservación de la masa, indica si la ecuación esta balanceada. Si no lo esta, balancéala. Escribe en palabras las primeras 5 ecuaciones químicas.

a. Pb(NO3)2(ac) + 2NaI(ac) → PbI2(s) + 2NaNO3 (s)Δ

b. ZnS(s) + O2(g) → ZnO(s) + S8(s)

c. C4H10(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Δ

d. Ba(OH)2(ac) + 2HCl(ac) → BaCl2(ac) + 2H2O(l)

e. Cu(s) + AgNO3(ac) → Cu(NO3)2(ac) +Ag(s)

f. S8(s) + O2(g) → SO2(g) Δ↑

g. Al2(SO4)3(ac) + Ca(OH)2(ac) → Al(OH)3(s) + CaSO4(s)

h. Zn(S) + H2SO4(ac) → ZnSO4(ac) + H2(g) ↑

i. Al(s) + Cl2(g) → AlCl3(s) Δ

j. C12H22O11(s) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Δ

(43)

a. Pb(NO3)2(ac) + 2NaI(ac) → PbI2(s) + 2NaNO3 (s)Δ DD , EXOTERMICA

b. 8ZnS(s) + 4O2(g) → 8ZnO(s) + S8(s) SD ENDOTERMICA

c. C4H10(l) + 13 O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Δ SD EXOTERMICA

d. Ba(OH)2(ac) + 2HCl(ac) → BaCl2(ac) + 2H2O(l) DD ENDOTERMICA

e. Cu(s) + 2AgNO3(ac) → Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s) SD ENDOTERMICA

f. S8(s) + 8O2(g) → 8 SO2(g) Δ↑ SINTESIS EXOTERMICA

g. Al2(SO4)3(ac) + 3Ca(OH)2(ac) → 2Al(OH)3(s) + 3CaSO4(s) DD ENDOTERMICA

h. Zn(S) + H2SO4(ac) → ZnSO4(ac) + H2(g) ↑ SD ENOTERMICA

i. 2Al(s) + 3Cl2(g) → 2AlCl3(s) Δ SINTESIS EXOTERMICA

(44)

 _S₈_{(s) + O}₂_{(g) → SO}₂_{(g) Δ↑}

 _{32g(8) + 16g(2) 32g + 16g(2)}  _{256g + 32g 32g+32g}

 _{288g ≠ 64g}

 _{No cumple con la ley de consrvación de la}

masa.

(45)

a. Al(s) + Cl2(g) → AlCl3(s) Δ

27g + 35g(2) = 27g + 35g(3) 27g + 70g = 27g + 105g

(46)

a. Nitrato de plomo acuoso reacciona con dos moleculas de yoduro de sodio acuoso para producir yoduro de plomo solido mas nitrato de sodio solido

b. 8ZnS(s) + 4O2(g) → 8ZnO(s) + S8(s) SD ENDOTERMICA

c. C4H10(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Δ SD EXOTERMICA

d. Ba(OH)2(ac) + 2HCl(ac) → BaCl2(ac) + 2H2O(l) DD ENDOTERMICA

e. Cu(s) + 2AgNO3(ac) → Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s) SD ENDOTERMICA

f. S8(s) + 8O2(g) → 8 SO2(g) Δ↑ SINTESIS EXOTERMICA

g. Al2(SO4)3(ac) + 3Ca(OH)2(ac) → 2Al(OH)3(s) + 3CaSO4(s) DD ENDOTERMICA

h. Zn(S) + H2SO4(ac) → ZnSO4(ac) + H2(g) ↑ SD ENOTERMICA

i. 2Al(s) + 3Cl2(g) → 2AlCl3(s) Δ SINTESIS EXOTERMICA

j. C12H22O11(s) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Δ SD EXOTERMICA Prof. S. Casas-Cordero E.

(47)

Cantidad de Sustancia (

n

):

Es el número de partículas que está contenida en una porción de materia. Estas partículas o

Entidades Elementales (EE), pueden ser átomos, moléculas, iones, etc.

La unidad de medida de la Cantidad de sustancia es el mol.

Un mol contiene 6,02x1023 EE (Número de

Avogadro)

(48)

N

A

= 6,02x10

23

EE/mol

Un mol = 602.000.000.000.000.000.000.000,0 de EE

mil

millón

billón

trillón

Seiscientos dos mil trillones de partículas

(49)

 _{Corresponde a la masa en gramos de un mol}

de sustancia.

 _{Para los elementos químicos, se han medido}

en referencia al isótopo más abundante del Carbono; el C-12. Un mol de átomos de C-12, equivale a 12,0000 g.

 _{La masa molar de un mol de átomos de}

cualquier elemento, se conoce también como Peso atómico, PA.

(50)

Masa Molar:

Suma de los pesos atómicos de todos los

átomos presentes en la molécula.

Ejemplo: Cálculo del Masa Molar del sulfato férrico, Fe2(SO4)3.

2 x PA (Fe) = 2 x 55,8 = 111,6 3 x PA (S) = 3 x 32,1 = 96,3 12 x PA (O) = 12 x 16,0 = 192,0

(51)

¿Cuál es la masa molar del 2,3-dimetilpentano?

FM: C7H16

(52)

1 Ca 1 x 40.08 g = 40 g

2 O 2 x 16 g = 32 g

2 H 2 x 1 g = 2 g

Total 74 g/mol

1 Mg 1 x 24.3 g = 24.3 g

2 N 2 x 14 g = 28 g

6 O 6 x 16 g = 96 g

Total 148.3 g/mol

Ca(OH)

₂

Mg(NO

₃

)

₂ Ejercicios

(53)

Cálculos de masa, moles y EE:

Para todo los procesos de cálculos, se aplican proporciones.

Ej.: Si la MM del NaOH es 40 g/mol,

(54)

Solución:

(55)

Otro Ej.: Si la MM del Ca3(PO4)2 es 310 g/mol,

calcular la masa en gramos de 0.72 moles de Ca3(PO4)2

(56)

Solución:

(57)

Desde masa a Número de moléculas:

Si la MM del CO

2

es 44 g/mol, calcular el

número de moléculas que hay en 24.5 g

de CO

₂

(58)

(59)

(60)

Estequiometría

El término estequiometría se emplea para designar el cálculo de las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.

Cuando se conoce la cantidad de una sustancia que toma parte en una reacción química, y se tiene la ecuación química balanceada, se puede establecer las cantidades de los otros reactivos y productos.

(61)

Estas cantidades pueden darse en moles, masa (gramos) o volúmenes (litros).

Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria.

(62)

Método de la relación molar

Se conocen varios métodos para resolver problemas

estequiométricos, uno es el método molar o de la relación molar.

La relación molar es una relación entre la cantidad de moles de dos especies cualesquiera que intervengan en una reacción química.

Por ejemplo, en la reacción:

2H₂ + O₂  2H₂O

(63)

La relación molar es un factor de conversión cuyo fín es convertir, en una reacción química, la cantidad de moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia.

Ej.: Calcular la cantidad de moles de H2O que se pueden

obtener a partir de 4.0 mol de O2

(64)

Cálculos Estequiométricos

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

¿Cuántos moles y cuántos gramos de H2O se

formarán a partir de 3 moles de H2?

Para responder a esta pregunta, se inicia el

procedimiento poniendo la cantidad dada por el

problema, es decir 3 moles de H₂.

(65)

Convirtiendo los moles de H₂ en moles de H₂O:

Convirtiendo los moles de H2O en masa de H2O:

(66)

Otro Ejemplo, considerando los datos:

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

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

(67)

¿Qué masa en gramos de Cu(NO₃)₂ y de NO₂ se obtendrá desde los 25,2 g de Cu?

Se deben emplear los siguientes datos:

Primero calculamos la masa de Cu(NO3)2:

(68)

¿Qué masa en gramos de Cu(NO3)2 y de NO2 se obtendrá

desde los 25,2 g de Cu?

Resolviéndolo mediante “regla de tres”:

Con el PA del Cobre, calculamos los moles: 63,5 g de Cu 1 mol de Cu

25,2 g de Cu x de Cu

X = 0,397 mol de Cu

1 mol de Cu(NO3)2

X ≈ 0,4 mol de Cu

Con la ecuación balanceada, calculamos los moles de Cu(NO3)2:

X de Cu(NO3)2

0,4 mol de Cu

1 mol de Cu X = 0,4 mol de Cu(NO3)2

Con la MM del Cu(NO3)2, calculamos la masa:

1 mol de Cu(NO3)2

0,4 mol de Cu(NO3)2

187,5 g de Cu(NO3)2

x de Cu(NO3)2

X = 75,0 g de Cu(NO3)2

marg en d

e erro r por

apro

ximac ión

(69)