LES REACCIONS QUÍMIQUES - spain-s3-mhe-prod.s3 …spain-s3-mhe-prod.s3-website-eu-west-1.amazonaws.com/bcv/guide/... · Algunes vegades, ﬁ ns i tot s’indica la forma estructural

En aquesta unitat aprendràs a:

Establir la diferència entre canvi físic i canvi químic.

Analitzar les lleis de la química i fer experiències que demostrin alguna d’aquestes lleis.

Saber distingir entre diferents tipus de reaccions.

Introduir l’alumnat en la nomenclatura de les equa-cions químiques i aplicar la sistemàtica en la iguala-ció de les equacions químiques.

Observar experimentalment diversos tipus de reaccions.

4LES REACCIONS QUÍMIQUES

04_Quimica1_batx_123-148.indd 12304_Quimica1_batx_123-148.indd 123 25/11/11 11:1125/11/11 11:11

124 LES REACCIONS QUÍMIQUES 4

j 4.1 Canvi físic i canvi químic

Un canvi és la transformació d’un sistema al llarg del temps. El canvi pot ser físic o químic. Per poder entendre millor les diferències veurem l’exemple següent:

j La Sílvia és a Barcelona i surt en cotxe cap a Lleida. Transcorregut un temps, arriba a Lleida. Pel camí feia molt de sol i el cotxe s’ha escalfat. En arribar, la temperatu-ra del cotxe és 10 ºC superior que a la sortida. S’ha produït, per tant, un procés o canvi.

Tant la Sílvia com el cotxe conserven la seva matèria, tant en tipus com en quanti-tat: s’ha produït un canvi físic, perquè ha canviat només la temperatura.

Si aprofundim més en l’exemple anterior i ens fi xem en el dipòsit de gasolina del cotxe, les coses ja són molt diferents:

j En sortir de Barcelona el dipòsit era ple de gasolina i en arribar a Lleida és mig ple. Què ha passat amb la gasolina? Ha desaparegut? On és aquesta matèria?

La resposta és molt senzilla: s’ha transformat en altres matèries.

Podem explicar aquest procés amb l’esquema següent:

canvi

gasolina 1 oxigen �� diòxid de carboni 1 vapor d’aigua

La gasolina del dipòsit del cotxe es transforma, i les substàncies resultants de la trans-formació, que són gasos, s’expulsen a l’atmosfera pel tub d’escapament.

Les matèries que es transformen (gasolina i oxigen), les anomenem reactius, i les que n’obtenim, productes. El procés o canvi és la reacció química (fi g. 4.1).

Un enllaç químic és la unió entre els àtoms de les substàncies. Per exemple, en el cas de l’aigua, H2O, hi ha dos enllaços entre l’oxigen i l’hidrogen.

H–O–H

En el cas del compost que simbo-litza la gasolina, C8H18, hi ha:

7 enllaços C–C

18 enllaços C–H

H H H H H H H H | | | | | | | |

H–C–C–C–C–C–C–C–C–H | | | | | | | |

H H H H H H H H

Fig. 4.1. La gasolina és una barreja molt complexa d’hidrocarburs, però aquí la re-presentem simplement per l’octà, C8H18.

C8H18 (gasolina)

1

O2 O2 O2 O2

O2 O2 O2 O2

O2 O2 O2 O2

1/2 O2

CO2 CO2 CO2 CO2

CO2 CO2 CO2 CO2

1

H2O H2O H2O H2O

H2O H2O H2O H2O

H2O

reactius

productes

Un procés, fenomen o canvi és físic quan implica una transformació sense que hi hagi modifi cació de la quantitat o composició de la matèria. Així, els fenòmens mecànics, elèctrics, magnètics, etc., són fenòmens físics.

Canvi físic – la composició de la matèria es manté invariable

Un procés, fenomen o canvi és químic quan implica una transformació de la ma-tèria, és a dir, quan en canvia la composició.

Canvi químic – la matèria es transforma

En un canvi químic els àtoms dels reactius s’organitzen d’una altra manera i n’obtenim els productes, que conserven el mateix nombre d’àtoms que hi havia al començament.

Canvi químic – reordenació d’àtoms – reestructuració d’enllaços (reacció química)


4 125LES REACCIONS QUÍMIQUES

Normalment, els canvis químics tenen associats canvis energètics. La part de la quími-ca que estudia aquestes variacions s’anomena termodinàmica química o termoquímica. En l’exemple de la gasolina del cotxe:

canvi

gasolina 1 oxigen �� diòxid de carboni 1 aigua 1 energia

L’energia es manifesta en forma del moviment del motor i en l’energia calorífi ca dels productes de combustió.

j 4.2 L’equació química

Un canvi químic o reacció química s’expressa mitjançant una equació química, que té aquesta estructura bàsica:

Reactius � Productes

Els reactius (substàncies químiques que reaccionen) sempre se situen a l’esquerra, i els productes (substàncies que resulten de la reacció), a la dreta, separats per una fl etxa.

Com que sempre hi ha d’haver el mateix nombre d’àtoms de cada element en els reac-tius i en els productes, escrivim nombres naturals o fraccions al davant de les fórmules. Aquests nombres s’anomenen coefi cients estequiomètrics.

El nombre de reactius i productes varia segons la reacció. Per exemple:

j En la reacció de descomposició del carbonat de calci intervé un reactiu i dos productes:

CaCO3 � CO2 1 CaO

j En la reacció de síntesi de l’aigua intervenen dos reactius i un producte:

1H2 1 — O2 � H2O 2

En les equacions químiques s’acostuma a indicar, tant en els reactius com en els pro-ductes, l’estat físic de la matèria en les condicions en les quals es produeix la reacció.

C(s) 1 O2(g) � CO2(g)

carboni sòlid 1 oxigen molecular gas � diòxid de carboni gas

1> Quan s’encén una bombeta, es produeix un canvi físic o químic? Raona la teva resposta.

2> Distingeix quin dels canvis següents és físic i quin és químic:

a) Pintar una porta.

b) Bullir aigua.

c) Triturar unes ametlles.

d) Rostir un tros de carn.

e) Barrejar aigua i oli.

f) Posar suc de llimona damunt del marbre.

g) Cremar un paper.

h) Fregir patates.

3> Una molècula de glucosa (C6H12O6) reacciona amb 6 molècules d’oxigen (O2) i s’obtenen 6 molècules de diòxid de carboni (CO2) i aigua. Quantes molè-cules d’aigua es formen? Recorda que cal que es conservi el nombre d’àtoms inicial.

Per indicar l’estat físic de les subs-tàncies que intervenen en una reacció química s’utilitzen els sub-índexs següents:

(s) per indicar sòlid

(l) per indicar líquid

(g) per indicar gas

Per exemple:

Plata sòlida: Ag(s)

Triòxid de sofre gas: SO3(g)

Aigua líquida: H2O(l)

Etilè gas: CH2__CH2(g)

Benzè líquid: C6H6(l)

Etanol (alcohol etílic) líquid: CH3–CH2–OH(l)

Activitats



Algunes vegades, fi ns i tot s’indica la forma estructural que adopta alguna de les subs-tàncies:

C(grafi t) 1 O2(g) � CO2(g)

L’estat de la matèria en què es troben les substàncies depèn de les condicions de pres-sió i temperatura en les quals es produeix la reacció. Per tant, una mateixa substància la podem veure en una equació en estat sòlid, en una altra en estat líquid i en una altra en estat gasós. Per exemple:

C4H10(g) 1 13/2 O2(g) � 4 CO2(g) 1 5 H2O(g)

Segons les condicions de pressió de l’interior de la bombona, el gas butà es pot trobar en estat gasós o líquid, i d’acord amb les condicions en què es duu a terme la reacció, l’aigua pot estar en estat líquid o gasós.

A vegades veiem equacions en què els reactius i els productes no porten cap mena d’in-dicació, ja que per a l’explicació, la pràctica o els exercicis que estem tractant no es considera rellevant l’estat de les substàncies que hi intervenen. Per exemple:

HCl 1 NH3 � NH4Cl

Altres símbols que podem veure en les reaccions i que complementen els anteriors són:

j Si les substàncies de la reacció estan en dissolució aquosa, ho simbolitzarem en l’equació química mitjançant el subíndex (aq). Per exemple:

NaOH(aq) 1 HCl(aq) � NaCl(aq) 1 H2O(l)

j Si els reactius estan en estat sòlid, líquid o en dissolució i com a producte de la reacció s’obté un gas, es pot simbolitzar en l’equació química amb una fl etxa cap amunt. Per exemple:

H2SO4(aq) 1 Zn(s) � ZnSO4(aq) 1 H2 �

j Si els reactius estan en estat líquid o en dissolució i com a conseqüència de la reac-ció es produeix un producte sòlid, es diu que precipita i es pot simbolitzar en l’equa-ció química amb una fl etxa cap avall. Per exemple:

AgNO3(aq) 1 HCl(aq) � AgCl � 1 HNO3(aq)

j Si l’equació química s’escriu en forma iònica, s’ha d’indicar la càrrega de cada ió. Per exemple:

Cl2(aq) 1 Ag1

(aq) � AgCl(s)

En aquest cas, la reacció només mostra els ions que reaccionen, sense que s’hi escri-guin els altres ions presents a la dissolució.

a) Quan ens cau salfumant, suc de llimona o altres àcids sobre el marbre de la cuina, que és de carbonat de calci, es fa malbé (fi g. 4.2). Es produeix una reacció:

CaCO3(s) 1 2 HCl(aq) � CaCl2(aq) 1 CO2(g) 1 H2O(l)

L’efervescència del marbre és deguda a la producció de CO2 i serveix per identifi -car qualsevol tipus de roca calcària.

b) El sodi és un metall que reacciona violentament amb l’aigua i desprèn una gran quantitat d’energia. És perillós tocar-lo amb les mans perquè reacciona amb l’ai-gua que conté la pell. La reacció s’escriu així:

Na(s) 1 H2O(l) � NaOH(aq) 1 1/2 H2(g)

Fig. 4.2. Reacció d’efervescència del marbre.

Exemple 1



j 4.3 Igualació de les equacions químiquesCom ja hem dit, els àtoms dels reactius que participen en una reacció química sofreixen una reorganització, però el nombre d’àtoms no varia quan es transformen en productes, i per això la massa es conserva.

Per tant, quan escrivim una equació química hem de comprovar si es compleix:

Nombre de cada tipus 5 Nombre del mateix tipus d’àtom en els reactius d’àtom en els productes

Exemple: CH3–CH2–Cl 1 KOH � CH3–CH2–OH 1 KCl

6 àtoms de H 6 àtoms de H 2 àtoms de C 2 àtoms de C 1 àtom de Cl 1 àtom de Cl 1 àtom de K 1 àtom de K 1 àtom de O 1 àtom de O

4> Escriu l’equació i l’estat en què es troba cada substància en les reaccions següents:

a) A 25 ºC i 1 atmosfera l’aigua es descompon en hidrogen i oxigen per electròlisi.

b) A 25 ºC i 1 atmosfera quan cremem carbó (car-boni) en presència d’oxigen ens dóna només diòxid de carboni.

c) A 25 ºC i 1 atmosfera el ferro reacciona amb l’àcid clorhídric que hi ha en dissolució aquosa per donar hidrogen i triclorur de ferro, que es manté en dissolució aquosa.

d) A temperatures i pressions elevades el nitro-gen i l’hidrogen produeixen amoníac.

r u u u w u u u q r u u u w u u u q

Si no es compleix aquesta condició, diem que l’equació no està igualada.

Exemple: HCl(aq) 1 Fe(s) � FeCl2(aq) 1 H2(g)

Aquesta equació no està igualada. En els productes hi ha un àtom de H i un àtom de Cl més que en els reactius. Una reacció no igualada només dóna una informació de tipus qualitatiu, però no dóna informació quantitativa que permeti fer càlculs sobre les quan-titats de substàncies que hi intervenen.

Una equació química està igualada (cas de l’exemple anterior), quan en el con-junt dels reactius hi ha el mateix nombre d’àtoms de cadascun dels elements que en el conjunt dels productes.

Igualar equacions químiques és trobar quins coefi cients han de tenir els reactius i els productes. Per fer-ho, és recomanable seguir els passos següents:

1r Igualar els àtoms dels metalls. 2n Igualar els àtoms dels no-metalls, excepte l’hidrogen i l’oxigen.3r Igualar després els àtoms d’hidrogen.4t Igualar, fi nalment, els àtoms d’oxigen.5è Repassar si cal modifi car els passos 1 i 2.

Activitats



Davant de cada substància de la reacció es pot posar qualsevol coefi cient que creguem convenient d’acord amb la reacció, tenint en compte que:

j Si no posem cap coefi cient davant de la substància, s’entén que hi ha l’1.

j Els coefi cients han de ser tan petits com es pugui.

j Normalment, aquests coefi cients són enters, però també poden ser nombres fraccio-naris senzills.

j Per calcular el nombre total d’àtoms de cada element en cada substància, cal no oblidar que s’han de multiplicar els coefi cients pels subíndexs de cada àtom: per exemple, si en una reacció hi fi gura l’expressió 3 H2SO4, hi ha en total 6 àtoms de H (3 ? 2), 3 de S i 12 de O (3 ? 4).

En el cas de la reacció anterior, l’equació igualada seria:

2 HCl(aq) 1 Fe(s) � FeCl2(aq) 1 H2(g)

que també es podria escriure així:

HCl(aq) 1 1/2 Fe(s) � 1/2 FeCl2(aq) 1 1/2 H2(g)

Vegem-ne un altre exemple:Fe(s) 1 O2(g) � Fe2O3(s)

Seguim els passos esmentats anteriorment per igualar-la:

1r Igualem els àtoms del metall, és a dir, el Fe. N’hi ha 1 àtom als reactius i 2 àtoms als productes. Posem inicialment un coefi cient 2 al Fe(s).

2 Fe(s) 1 O2(g) � Fe2O3(s)

2n Igualem després els àtoms dels no-metalls. No procedeix, perquè l’únic és l’oxigen, que igualarem en el pas 5.

3r Igualem els àtoms d’hidrogen. Tampoc no procedeix, perquè no hi ha àtoms d’hi-drogen.

4t Igualem els àtoms de O: en tenim 2 àtoms als reactius i 3 als productes. La situació es pot solucionar posant al reactiu O2(g) el coefi cient 3 i, al producte Fe2O3(s), el coefi cient 2. La situació ara seria:

2 Fe(s) 1 3 O2(g) � 2 Fe2O3(s)

5è Veiem que als reactius hi ha 2 àtoms de Fe i als productes 4 (2 ? 2). Per tant, cal modifi car el coefi cient del reactiu Fe de 2 a 4.

Així, podem concloure:4 Fe(s) 1 3 O2(g) � 2 Fe2O3(s)

Una reacció com l’anterior està igualada des del punt de vista del nombre d’àtoms que hi intervenen. Des del punt de vista macroscòpic, indica també el nombre de mols que in-tervenen en la reacció. És a dir, 4 mol de Fe reaccionen amb 3 mol de O2 i es formen 2 mol de Fe2O3.

Com que també podem parlar de nombres fraccionaris de mols, una altra igualació possi-ble hauria estat la següent: primer, posem el coefi cient 2 al Fe; després, si tenim 2 àtoms d’oxigen en els reactius i 3 en els productes, també ho podem resoldre posant al reactiu O2(g) el coefi cient 3/2 i al producte Fe2O3 el coefi cient 1. Així, ens queda:

2 Fe(s) 1 3/2 O2(g) � Fe2O3(s)

2 mol de Fe reaccionen amb 3/2 mol de O2 i es forma 1 mol de Fe2O3.

j El ferro, element metàl.lic, no forma molècules i, per tant, quan fem la lectura d’una reac-ció en què intervé, hem de par-lar d’àtoms. Això mateix suc-ceeix amb altres elements metàl.lics, com ara el coure, el níquel, etc.

j L’oxigen element està format per molècules.

j L’òxid de ferro(III), compost, està format per ions.



La blenda és un mineral que conté sulfur de zenc i constitueix una mena d’aquest metall. Una identifi cació de la presència de sulfur en aquest mineral és la seva reac-ció amb àcid clorhídric per formar sulfur d’hidrogen, que té una olor característica d’ous podrits. La seva reacció obeeix a l’equació:

HCl 1 ZnS � H2S 1 ZnCl2Com igualem aquesta equació?

Resolució

Mena: part d’un mineral utilitzada com a matèria primera per extreure’n al-gun metall.

Vocabulari

El butà (C4H10) és un combustible molt utilitzat per cui-nar a tot l’Estat espanyol. El seu preu sempre havia estat inferior al dels altres combustibles fòssils, però s’ha anat encarint progressivament i el 2011 ja costava 16 € la bombona. La seva reacció de combustió és la següent:

C4H10(g) 1 O2(g) � CO2(g) 1 H2O(l)

Com igualaríeu aquesta equació?

Resolució

Escrivim la reacció deixant els espais (___) que són l’objectiu de la igualació:

___ C4H10(g) 1 ___ O2(g) � ___ CO2(g) 1 ___ H2O(l)

1r Igualem els elements no metàl.lics:

— Hi ha 4 àtoms de C als reactius. Per tant, hi ha d’haver 4 àtoms de C als productes, és a dir, 4 CO2 als productes.

2n No hi ha altres elements no metàl.lics diferents de H i O.

3r Igualem els àtoms de H:— Hi ha 10 àtoms de H als reactius. Per tant, hi ha

d’haver 10 àtoms de H als productes: 5 H2O als productes.

4t Igualem els àtoms de O:— Hi ha 8 àtoms de O en el CO2 i 5 àtoms de O en

la H2O; en total, 13 àtoms de O als productes. Per tant, hi ha d’haver 13 àtoms de O als reac-tius: 13/2 O2 als reactius.

(13/2 molècules de O2 5 2 ? 13/2 55 13 àtoms de O)

Així, ens queda:

C4H10(g) 1 13/2 O2(g) � 4 CO2(g) 1 5 H2O(l)

1 mol de C4H10 reacciona amb 13/2 mol de O2 i s’obte-nen 4 mol de CO2 i 5 mol de H2O.Si es vol escriure en nombres enters, només cal multipli-car per 2 tots dos membres de l’equació química per tal de conservar-ne les proporcions:

2 C4H10(g) 1 13 O2(g) � 8 CO2(g) 1 10 H2O(l)

2 mol de C4H10 reaccionen amb 13 mol de O2 i s’obtenen 8 mol de CO2 i 10 mol de H2O.

Escrivim l’equació deixant els espais per als coefi cients (___), que són l’objectiu de la igualació.

___HCl 1 ___ZnS � ___H2S 1 ___ZnCl2

1r Igualem els elements metàl.lics.Hi ha 1 àtom de Zn als reactius i 1 als productes; per tant, està igualat.

2n Després igualem els elements no metàl.lics (excepte l’hidrogen i l’oxigen):— Hi ha 1 àtom de Cl als reactius i 2 als productes;

per tant, 2 HCl als reactius.— Hi ha 1 àtom de S als reactius i 1 als productes;

per tant, està igualat.

3r Igualem els àtoms de H.

— Hi ha 2 àtoms de H als reactius i 2 als productes; per tant, està igualat.

4t Igualem els àtoms de O.

— En aquest cas, no hi ha oxigen.

Per tant, ens queda:

2 HCl 1 ZnS � H2S 1 ZnCl2

2 mol de HCl reaccionen amb 1 mol de ZnS per obtenir 1 mol de H2S i 1 mol de ZnCl2.

Exemple 2

L

Exemple 3

E



j 4.4 Lleis fonamentals de la químicaLes lleis fonamentals de la química van sorgir quan es va pretendre introduir la mesura en els plantejaments químics, és a dir, en el moment en què es van començar a quanti-fi car els processos químics. Aquestes lleis van tenir una importància molt destacada a l’inici de la química moderna, al fi nal del segle XVIII.

A. Llei de conservació de la massa o de Lavoisier (1785)

Lavoisier va ser el gran innovador de la quími-ca i és considerat el pare de la química moder-na (fi g. 4.3). En els seus estudis va comprovar que en tots els canvis químics d’un sistema tancat la massa dels reactius abans del canvi és igual a la massa de les substàncies en aca-bar la reacció. Va establir el que coneixem com a llei de conservació de la massa.

5> Una manera d’identificar les roques calcàries és afegir-hi unes gotes d’àcid clorhídric. Si es tracta d’una roca calcària, es produeix una reacció en la qual es desprèn un gas (diòxid de carboni), que és fàcilment identificable. Sabries igualar aquesta reacció?

CaCO3 1 HCl � CO2 1 H2O 1 CaCl2

6> L’hidrogen crema amb l’oxigen i se n’obté aigua. Escriu la reacció i iguala-la. Recorda que les molè-cules d’hidrogen i d’oxigen són diatòmiques.

7> Iguala la reacció:

Al 1 HCl � H2 1 AlCl3

8> En la reacció de combustió d’una molècula d’un hidrocarbur determinat s’obtenen 2 molècules de diòxid de carboni i 2 d’aigua. Sabries dir de quin hidrocarbur es tracta?

a) metà c) età e) propè

b) etilè d) butà

9> Una equació difícil d’igualar és la de la reacció d’obtenció del iode a partir del iodat i el iodur de potassi, que només es produeix en medi àcid. Sabries com fer-ho?

KIO3 1 KI 1 H2SO4 � I2 1 K2SO4 1 H2O

Aquesta llei va ser molt discutida en la seva època a causa de la difi cultat que suposava mesurar els gasos que es produïen en una reacció. Si el procediment per mesurar els gasos que es desprenien no era gaire rigorós, la llei semblava errònia. Malgrat això, l’experimentació meticulosa va anar corroborant aquesta llei i va propiciar una revolu-ció en el món de la química.

Fig. 4.3. Lavoisier (1743-1794).

La llei de la conservació de la massa diu que en qualsevol canvi químic la mas-sa es conserva.

canvi químicmassa inicial 5 massa fi nal

Activitats



La teoria de la relativitat d’Albert Einstein va enunciar en una de les seves parts:

«La massa es pot transformar, en certes condicions, en energia i s’in-terrelacionen segons la fórmula:

E 5 mc2

en què E és l’energia, m és la varia-ció de massa i c2 és la velocitat de la llum al quadrat.»

Així, la massa perduda en una transformació nuclear es transfor-ma en energia.

Per exemple, en un procés en què es produeixin 9 000 kJ (9 ? 106 J), la pèrdua de massa és: E 5 mc2

9 ? 106 5 m ? (3 ? 108)2

m 5 10210 kg

En aquest procés en què es pro-dueix una quantitat d’energia im-portant es perden 10210 kg, que equivalen a 0,0001 mg.

Les variacions de massa són tan petites que no són apreciables en els processos químics i, per tant, la llei de Lavoisier té plena vigència. En canvi, sí que s’aprecia el canvi de massa en els processos nuclears de fissió (bomba atòmica i centrals nuclears) i de fusió (bombes d’hi-drogen), que no són processos quí-mics sinó físics.

L’aigua oxigenada, H2O2, es descompon en H2O i O2 en una reacció molt lenta.

H2O2(l) � H2O(l) 1 1/2 O2(g)

A partir de 340 g d’aigua oxigenada obtenim només 180 g d’aigua. Per què?

Resolució

L’altre producte de la reacció és l’oxigen, que és un gas, i la massa de l’oxigen format es pot calcular tenint en compte la llei de Lavoisier:

340 g H2O2(l) 5 180 g H2O(l) 1 ____ O2(g)

Per tant, la quantitat d’oxigen format és de: 340 2 180 5 160 g.

Podem comprovar la llei de conservació de la massa treballant amb mols:

1 mol H2O2340 g H2O2 ? —————— 5 10 mol H2O2 34 g H2O2

1 mol H2O180 g H2O ? —————— 5 10 mol H2O 18 g H2O

0,5 mol O2 32 g O210 mol H2O2 ? —————— ? ———— 5 160 g O2 1 mol H2O2 1 mol O2

Es barregen 10 g de la substància A amb 8 g de la substància B, i es deixen reaccionar.

La substància B reacciona totalment i s’obtenen 12 g de la substància C. Qui-na massa del producte A queda per reaccionar?

Resolució A 1 B � C

Massa inicial 10 g 8 g — Total 5 18 g

Massa fi nal ? — 12 g Total 5 18 g

Massa fi nal A 5 18 g totals 2 12 g C 5 6 g sobrants A

B. Llei de les proporcions defi nides o llei de Proust (1801)

Proust (fi g. 4.4), considerat el pare de l’anàlisi química, va saber aprofi tar tota la infor-mació acumulada al voltant dels canvis químics per enunciar la llei següent:

Fig. 4.4. Proust (1754-1826).

La llei de Proust diu que quan dues substàncies es combinen per donar-ne altres ho fan sempre en una proporció de masses fi xa.

Exemple 4

L

Exemple 5

E



Vegem-ne uns quants exemples:

j Dos elements es combinen per donar un compost. Per exemple, en el cas de la reac-ció de formació de l’òxid de ferro(II), tenim:

2 Fe 1 O2 � 2 FeO 5,58 g 1,60 g

La relació és la següent: per cada 1,60 g d’oxigen, reaccionen 5,58 g de ferro. La proporció fi xa és, per tant:

1,60 g oxigen——————— 5 0,29 g d’oxigen per gram de ferro

5,58 g ferro

Sempre que es combinen aquests dos elements, Fe i O2, per donar aquest compost, FeO, ho fan en aquesta relació. Si aquesta proporció de Fe i O2 varia, en lloc d’obte-nir òxid de ferro(II), obtenim un altre òxid de ferro diferent.

Comprovem la llei de les proporcions defi nides o llei de Proust treballant en mols:

1 mol Fe5,58 g Fe ? ————— 5 0,1 mol Fe

55,8 g Fe

1 mol O21,60 g O2 ? ————— 5 0,05 mol O2 32 g O2

La relació és la següent:

0,05 mol O2 0,1 mol Fe—————— 5 0,5 o bé, —————— 5 2

0,1 mol Fe 0,05 mol O2

Tal com podem comprovar, aquesta relació és la mateixa que ens dóna l’equació química igualada, que ens indica que 2 mol de Fe reaccionen amb 1 mol de O2 per obtenir 2 mol de FeO.

j Dues substàncies es combinen per donar altres substàncies. N’és un exemple la combustió de la gasolina (l’octà) i l’oxigen:

C8H18 1 25/2 O2 � 8 CO2 1 9 H2O 1,14 g 4,0 g

La relació és la següent: per cada 4 g d’oxigen, reaccionen 1,14 g d’octà. La propor-ció fi xa és, per tant:

4 g oxigen—————— 5 3,51 g d’oxigen per gram d’octà

1,14 g octà

Comprovem la llei de les proporcions defi nides o llei de Proust treballant en mols:

1 mol C8H81,14 g C8H8 ? —————— 5 0,01 mol C8H8 114 g C8H8

1 mol O24 g O2 ? ————— 5 0,125 mol O2 32 g O2

La relació és la següent: 0,125 mol O2——————— 5 12,5 0,01 mol C8H8

Tal com podem comprovar, aquesta relació és la mateixa que ens dóna l’equació quí-mica igualada, que ens indica que 1 mol de C8H8 reacciona amb 12,5 mol de O2 i s’obtenen 8 mol de CO2 i 9 mol de H2O.

La utilització de la gasolina com a combustible genera una gran controvèrsia i més en plena crisi energètica, amb preus cada vegada més elevats del barril de petroli. A més, la seva relació directa amb l’efecte d’hivernacle i la pluja àci-da la col·loquen en una situació complexa de cara al futur.



12 g de carboni reaccionen amb 32 g d’oxigen i s’obté diòxid de carboni.

C 1 O2 � CO2

a) Quants grams de diòxid de carboni s’obtenen?

b) Quants grams d’oxigen calen perquè reaccionin 48 g de carboni? Quants grams de CO2 es formen?

c) Resol l’apartat b) treballant en mols.

Resolució

a) Segons la llei de Lavoisier es formaran: 12 1 32 55 44 g de diòxid de carboni.

b) Tenint en compte la llei de Proust:

32 g O248 g C ? ———— 5 128 g O2 12 g C

La quantitat de CO2 es pot calcular per la llei de La-voisier:

48 g C 1 128 g O2 5 176 g CO2

O bé aplicant la llei de Proust:

44 g CO248 g C ? ————— 5 176 g CO2 12 g C

c) Si treballem en mols:

1 mol C 1 mol O2 32 g O248 g C ? ———— ? ———— ?———— 5 12 g C 1 mol C 1 mol O2

5 128 g O2

1 mol C 1 mol CO2 44 g CO248 g C ? ———— ? ———— ?———— 5 12 g C 1 mol C 1 mol CO2

5 176 g CO2

La gasolina o benzina és un combustible apropiat per als motors de combus-tió interna, compost principalment d’octà. Si sabem que la relació d’oxi-gen en l’aire és del 21 % en massa, calcula la quantitat d’aire (en quilograms) que cal per cremar un dipòsit ple amb 45 kg de benzina. Per simplifi car els càlculs, imaginarem que la benzina és octà pur.

Resolució 1 000 g 4 g O2 100 g aire 1 kg

45 kg C8H18 (octà) ? ———— ? —————— ? ————— ? ———— 5 1 kg 1,14 g C8H18 21 g O2 1 000 g

5 751,88 kg aire

Per tant, calen aproximadament 752 kg d’aire.

C. Llei de les proporcions múltiples o llei de Dalton (1803)

Dalton (fi g. 4.5) era un mestre britànic que va revolucionar les ciències amb la seva teoria atòmica, recollint les idees atomistes de l’escola grega. La seva contribució a la química no acaba, però, amb aquesta teoria completa i genial, sinó que va més enllà. Va dedicar una gran part de la seva vida a treballs científi cs, entre els quals cal destacar la llei següent:

Fig. 4.5. Dalton (1766-1844).

Sabem que la relació entre l’oxigen i l’octà en la reacció de combustió és de 4 g O2 en 1,14 g C8H18.

La llei de Dalton diu que si una o més substàncies químiques reaccionen amb una massa fi xa d’una altra per formar substàncies diferents, ho fan en una rela-ció de nombres enters senzills.

Exemple 6

1

Exemple 7

L



Per exemple, quan es crema carboni, si la combustió és completa, es produeix CO2 i, si és incompleta, es produeix CO (gas molt perillós). Aquestes reaccions es descriuen amb les equacions següents:

C 1 O2 � CO2 2 C 1 O2 � 2 CO 1 g 2,67 g 1 g 1,34 g

En aquest exemple, el carboni, C, és la substància que es manté fi xa, i el que varia és la quantitat d’oxigen, O2. S’observa que la relació entre les quantitats d’oxigen en les dues reaccions és un nombre enter senzill.

2,67Relació: ——— 5 2, que és un nombre enter senzill. 1,34

Aquesta relació ens diu que, per a una mateixa quantitat de carboni, C, necessitarem sempre el doble d’oxigen, O2, per obtenir diòxid de carboni, CO2, que per obtenir monò-xid de carboni, CO.

També arribem a la mateixa conclusió treballant amb mols:

1 mol O22,67 g O2 ?———— 5 0,083 mol O2 32 g O2 0,083 I la relació és: ————— 5 2 0,04125 1 mol O21,34 g O2 ?———— 5 0,04125 mol O2 32 g O2

ruuwuuq

El sofre reacciona amb l’oxigen de l’aire i es produeixen dos gasos molt con-taminants i responsables en part de la pluja àcida, el diòxid de sofre (SO2) i el triòxid de sofre (SO3), en les quantitats següents. Comprova que es com-pleix la llei de Dalton.

S 1 O2 � SO2 2 S 1 3/2 O2 � 2 SO3

1 g 1 g 1 g 1,5 g

Resolució

1 2Relació: —— 5 0,67, és a dir, —. Per tant, es compleix la llei de Dalton. 1,5 3

El ferro reacciona amb l’oxigen de l’aire i se n’obtenen dos compostos diferents: òxid de ferro(II) i òxid de ferro(III). Si reaccionen 10 g de Fe amb 2,86 g de O2 i s’obté FeO, quina massa d’oxigen reaccionarà amb els 10 g de Fe per donar Fe2O3, si la relació entre la massa de O2 per formar l’òxid de ferro(III) i la de O2 per formar l’òxid de ferro(II) és 3/2?

Resolució

2 Fe 1 O2 � 2 FeO 2 Fe 1 3 O2 � Fe2O3

10 g 2,86 g 10 g ?

3 x 3Relació: — 5 ——— � x 5 — ? 2,86 5 4,29 g O2 2 2,86 2per formar Fe2O3.

Si treballem en mols:

1 mol O2 3 mol O2* 32 g O22,86 g O2 ? ———— ?———— ?———— 5 32 g O2 2 mol O2 1 mol O2*

5 4,29 g O2

Nota: O2* es refereix a la reacció de formació del Fe2O3.

Exemple 8

E

Exemple 9

E



D. Llei de Gay-Lussac (1808) o llei dels volums de combinació

Gay-Lussac (fi g. 4.6) va ser un científi c francès importantíssim en el coneixement dels gasos que va enunciar la llei següent:

Fig. 4.6. Gay-Lussac (1778-1850).

Per exemple, el gas natural està format bàsicament per metà. La seva reacció de com-bustió és la següent: CH4 1 2 O2 � CO2 1 2 H2O

Experimentalment, es pot observar que la relació de volum és:

CH4 1 2 O2 � CO2 1 2 H2O 1 2 1 2

relació de nombres enters senzills

Hi ha moltes excepcions a aquest comportament, perquè la química ha evolucionat molt des dels temps en què es va formular la llei, i s’han descobert moltes substàncies noves que donen reaccions més complicades.

r u u u u u u u w u u u u u u u q

L’oxigen i l’hidrogen reaccionen i s’obté aigua. Suposem que treballem a una temperatura i a una pressió en què tots els components de la reacció estan en estat gasós. Les relacions entre els components són:

2 H2 1 O2 � 2 H2O 2 L 1 L 2 L

a) Quants litres d’oxigen calen perquè reaccionin total-ment 100 L d’hidrogen.

b) Quants litres d’aigua es formen amb aquests 100 L d’hidrogen?

c) Els litres d’aigua formats són la suma dels litres d’hi-drogen més els d’oxigen?

Resolució

a) Si la proporció entre l’hidrogen i l’oxigen és 2/1:

1 L O2100 L H2 ? ———— 5 50 L O2 2 L H2

b) Si la proporció entre l’aigua i l’hidrogen és 2/2:

2 L H2O100 L H2 ? ———— 5 100 L H2O 2 L H2

c) No, perquè la massa es conserva, però el volum no, malgrat que en algunes reaccions succeeixi.

Quants litres de diòxid de carboni i d’aigua es produei-xen en la combustió d’1 m3 de metà?

CH4 1 2 O2 � CO2 1 2 H2O

1 2 1 2

Resolució

1 000 L CH4 1 L CO21 m3 CH4 ? ————— ? ———— 5 1 000 L CO2 1 m3 CH4 1 L CH4

1 000 L CH4 2 L H2O1 m3 CH4 ? —————— ? ———— 5 2 000 L H2O 1 m3 CH4 1 L CH4

La llei de Gay-Lussac diu que els volums de les substàncies gasoses que inter-venen en una transformació química (mesurats en les mateixes condicions de pressió i temperatura) estan en una relació de nombres enters senzills.

Exemple 10

L

Exemple 11

Q



E. Hipòtesi d’Avogadro i nombre d’Avogadro

Avogadro (fi g. 4.7) fou un científi c italià menyspreat pels seus contemporanis. Fins després de la seva mort no se li van reconèixer els seus estudis, entre els quals fi gura aquesta hipòtesi:

Fig. 4.7. Avogadro (1776-1856).

Un mol de qualsevol substància molecular té 6,023 ? 1023 molècules. Aquest nombre s’anomena nombre d’Avogadro.

Per exemple:

j 1 mol H2O té una massa de 18 g.j 1 mol SO2 té una massa de 64 g.j 1 mol C8H18 té una massa de 114 g.

Totes aquestes masses contenen 6,023 ? 1023 molècules.

Quantes molècules de gas hi ha en 1 m3 a 25 ºC i 100 000 Pa?

Resolució

Aplicant l’equació general dels gasos ideals, p V 5 n R T, tenim:

100 000 ? 1 5 n ? 8,31 ? 298 � n 5 40,38 mol

6,023 ? 1023 molècules40,38 mol ?————————— 5 2,43 ? 1025 molècules

1 mol

Fixeu-vos que no diu enlloc que es tracti d’un gas concret: tant és que sigui metà com oxigen o qualsevol altre gas.

En les mateixes condicions de pressió i temperatura tenim 3 gasos, CO2, SO2 i O2. Indica si les afi rmacions següents són certes o falses:

a) Si tenim 5 g de cada gas, tenim les mateixes molècules de cadascun.

b) Si tenim 5 L de cada gas, tenim les mateixes molècules de cadascun.

c) Si tenim 200 molècules de cada gas tindrem també la mateixa massa de cadascun.

d) 6,023 ? 1023 molècules equivalen a 22,4 L a 1 atm i 0 ºC de cadascun dels gasos.

Resolució

Són certes les afi rmacions de l’apartat b) i de l’apartat d). Segons la hipòtesi d’Avogadro, a volums iguals els gasos tenen el mateix nombre de molècules, però en cap cas masses iguals.

Segons la hipòtesi d’Avogadro, en les mateixes condicions de pressió i tempe-ratura, volums iguals de diferents gasos tenen el mateix nombre de molècules.

Exemple 12

E

Exemple 13

Q



j 4.5 Relació entre el món atomicomolecular i el macroscòpic

L’objectiu d’aquest apartat és fer una relació del que representa un canvi químic des del punt de vista atomicomolecular (l’interior de la matèria) fi ns al macroscòpic (el que veiem a ull nu). Per fer-ho, ens basarem en l’exemple de la reacció de formació de l’amoníac a partir dels seus elements:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

Davant d’un canvi químic, el món atomicomolecular ens diu:

canvi químic

N2 1 3 H2 �� 2 NH3

1 molècula 3 molècules 2 molècules

i, si ho multipliquem pel nombre d’Avogadro, tenim:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

6,023 ? 1023 3 ? 6,023 ? 1023 2 ? 6,023 ? 1023

molècules molècules molècules

Ja podem passar al món macroscòpic. Com que 6,023 ? 1023 molècules són 1 mol:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

1 mol N2 3 mol H2 2 mol NH3

Un mol de qualsevol substància és la seva massa molecular expressada en grams. Així:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

28 g N2 3 ? 2 5 6 g H2 2 ? 17 5 34 g NH3

10> Quina quantitat de producte C es forma en la reac-ció següent, en què 30 g de A reaccionen amb 15 g de B i s’obtenen 34 g de D?

A 1 B � C 1 D 30 g 15 g ? 34 g

11> En la reacció: A 1 B � C

10 g de A reaccionen totalment amb 5 g de B. Quants grams de C s’obtindran si disposem de 30 g de A i la quantitat que faci falta del B?

12> Digues quin volum de producte C es forma en la reacció següent, si tenim en compte que tots són gasos i estan en les mateixes condicions de pres-sió i temperatura:

A 1 2 B � C 1 D 10 L 20 L ? 10 L

13> Disposem de 100 L de CO i 100 L de O2 a pressió i temperatura constants, que reaccionen segons la reacció:

2 CO 1 O2 � 2 CO2

Quants litres tindrem al final de la reacció, si con-siderem que es produeix de forma total, i de quina substància?

14> Tenim 6,023 ? 1023 molècules d’oxigen a 20 ºC i 1 atm de pressió:

a) Quants mols són?

b) Quants litres ocupen?

Element Nombre d’àtoms

Ratolí 4 ? 1024

Nadó 6,5 ? 1027

Estàtua de la Llibertat

2 ? 1030

Taula 4.1. Aquesta taula ens dóna una idea de la diferència de magnituds que hi ha entre el món macroscòpic i el món ato-micomolecular.

Les múltiples aplicacions de l’amo-níac, tant antigament com ara en l’actualitat (matèria primera de productes de neteja, explosius, adobs, etc.) la fan una de les reac-cions químiques més importants.

Activitats

1



Com que tots els components d’aquest sistema són gasos i un mol de qualsevol gas ideal en condicions normals (101 300 Pa 5 1 atm i 273 K 5 0 ºC) ocupa un volum de 22,4 L, podem establir una relació volumètrica:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

22,4 L N2 3 ? 22,4 L H2 2 ? 22,4 L NH3

Si mantenim les mateixes condicions de pressió i temperatura en el transcurs de la reacció (no cal que sigui en condicions normals), ho podem expressar de la manera següent:

N2 1 3 H2 � 2 NH3

1 L N2 3 L H2 2 L NH3

Tenim 20 kg de metà que reaccionen amb oxigen i s’obté diòxid de carboni i aigua segons la reacció següent:

CH4 1 2 O2 � C02 1 2 H2O

a) Quantes molècules d’oxigen es transformaran?

b) Quants litres de diòxid de carboni es formaran en condicions normals?

j 4.6 Tipus de reaccionsLes reaccions químiques es poden classifi car segons diversos criteris. Tot seguit en pre-sentem una classifi cació possible:

j Reaccions de síntesi

j Reaccions de descomposició

j Reaccions de desplaçament

j Reaccions de doble descomposició o doble substitució

j Reaccions de combustió

A. Reaccions de síntesi

Resolució

1 000 g CH4 1 mol CH4 6,023 ? 1023 molècules CH4 2 molècules O2a) 20 kg CH4 ?————— ?———— ?—————————— ?—————— 5 1 kg CH4 16 g CH4 1 mol CH4 1 molècula CH4

5 1,506 ? 1027 molècules O2

1 000 g CH4 1 mol CH4 22,4 L CH4 1 L CO2b) 20 kg CH4 ?————— ?———— ?————— ?——— 5 28 000 L CO2 1 kg CH4 16 g CH4 1 mol CH4 1 L CH4

La química i la medicina

La indústria farmacèutica se centra en la producció, comercialització i distribució de medicaments per a la prevenció o el tractament de les malalties. Al principi, aquestes substàncies químiques s’extreien de determinades plantes. Avui dia, molts medicaments són sintetit-zats al laboratori. L’empresa far-macèutica sol tenir la patent del medicament durant uns 15 anys; després d’aquest període, el medi-cament és de lliure disposició.

Descobriments clau en l’àmbit far-macològic han estat, per exemple, la quimioterapia (P. Ehrlich, co-mençaments del segle XX) i el des-cobriment del primer antibiòtic, la penicil.lina (A. Fleming el 1929).

Una reacció de síntesi és la combinació de diversos reactius per donar lloc a un producte que té una molècula més complexa que les dels reactius. Si els reactius són elements, també es pot anomenar reacció de formació.

Exemple 14

T



Són exemples d’aquest tipus de reaccions:

j La formació o síntesi de l’amoníac: N2 1 3 H2 � 2 NH3

j La formació o síntesi de l’aigua: 2 H2 1 O2 � 2 H2O

j La síntesi del clorur d’etil: CH2__CH2 1 HCl � CH3–CH2Cl

j La síntesi per polimerització del polietilè: n CH2__CH2 � (–CH2–CH2–) n

Les reaccions de polimerització, per les quals s’obté el polietilè (PE), el policlorur de vinil (PVC), el poliestirè (PS) i d’altres, són molt importants tant socialment com eco-nòmicament, i han donat origen a l’anomenada generació dels plàstics.

Les reaccions de síntesi han permès obtenir substàncies en un àmbit d’aplicacions molt ampli, sobretot en el camp de la química orgànica i la bioquímica, que van des de nous conductors elèctrics fi ns a productes farmacèutics com ara la tienamicina, antibiòtic molt efectiu en la lluita contra malalties infeccioses.

B. Reaccions de descomposició

Una reacció de descomposició és aquella en la qual un reactiu (normalment amb aportació energètica) es transforma en dues substàncies o més, d’estructu-res moleculars més simples.

En són exemples:

j La descomposició del carbonat de calci:

CaCO3 � CaO 1 CO2

La formació de CO2 permet identifi car fàcilment aquesta reacció de descom posició.

j La descomposició del clorat de potassi:

2 KClO3 � 2 KCl 1 3 O2

Aquesta reacció a vegades s’utilitza per obtenir oxigen al laboratori.

j Algunes de les reaccions de descomposició de substàncies relacionades amb la des-trucció de la capa d’ozó (amb l’aportació energètica de la radiació solar).

El N2O s’allibera de manera natural a la superfície terrestre per bacteris de terra i dels mars, però també és produït pels motors dels avions i per les explosions nuclears. Aquesta molècula és relativament inerta, però a l’estratosfera absorbeix raigs ultra-violats del Sol i es descompon en N atòmic i NO. Aquest últim compost reacciona amb el O3 (ozó) i el destrueix; es formen diòxid de nitrogen i oxigen.

N2O � N 1 NO

NO 1 O3 � NO2 1 O2

Els anomenats CFC (clorofl uorocarbonis, com per exemple CF2Cl2) també són conta-minants atmosfèrics a causa de les reaccions següents:

CF2Cl2 � Cl 1 CF2Cl

Cl 1 O3 � ClO 1 O2

L’ozó, a l’estratosfera, és el filtre natural que absorbeix i bloqueja bona part dels raigs ultraviolats provinents del Sol. La falta par-cial d’aquesta absorció provocaria efectes molt perillosos per a la salut (càncers, malformacions ge-nètiques, etc.).

j Polímer: substància formada per molècules que tenen una es tructura caracteritzada per la repetició múltiple d’unitats cons titutives o monòmers.

j Monòmer: substància formada per molècules simples, que po-den formar part de cadenes de dues, tres o més unitats, unides entre si mitjançant reaccions químiques.

j Polimerització: reacció en què un monòmer es converteix en un polímer.

Per entendre bé aquests tres con-ceptes imagineu-vos que es fa un acte de germanor i es decideix formar una llarga cadena de per-sones agafades de la mà al voltant de l’institut. Cada persona equi-valdria a un monòmer. La cadena resultant formada entre totes les persones del centre equivaldria a un polímer, i el procés de passar de persones soltes a encadenades seria el procés de polimerització. Les molècules de polímer, però, en realitat no s’uneixen pels extrems.

Vocabulari



Els clorofl uorocarbonis són molt estables i, per tant, no són tòxics per als éssers vius, però en l’estratosfera capten la llum ultraviolada del Sol i es descomponen. El clor atòmic, Cl, que resulta d’aquesta descomposició reacciona amb el O3 i produeix ClO i oxigen, O2. Actualment, s’han substituït els CFC, tant en els refrigerants com en els esprais en general (fi g. 4.8).

C. Reaccions de desplaçament

Fig. 4.8. Etiqueta ecològica de la UE, que garanteix que un producte no és perjudi-cial per a la capa d’ozó.

Alguns exemples d’aquest tipus de reaccions són:

j Obtenció d’hidrogen per desplaçament:

2 HCl 1 Zn � ZnCl2 1 H2

La reacció de diversos àcids (hi ha excepcions, com l’àcid nítric i d’altres) amb al-guns metalls és una reacció típica per a l’obtenció d’hidrogen.

j Obtenció de metalls per desplaçament:

ZnSO4 1 Fe � FeSO4 1 Zn

Zn 1 CuSO4 � ZnSO4 1 Cu

Són reaccions utilitzades per obtenir metalls a partir dels seus compostos. Un dels exemples més signifi catius és l’obtenció del ferro per substitució amb carbó de coc, reacció bàsica de la siderúrgia (fi g. 4.9). La reacció es pot resumir de la manera se-güent:

Fe2O3 (o qualsevol altre compost de ferro) 1 C � Fe 1 CO2

D. Reaccions de doble descomposicióFig. 4.9. La siderúrgia és la metal.lúr gia del ferro.

És una reacció força habitual en química inorgànica. En són exemples:

j L’obtenció de clorur de plata: AgNO3 1 NaCl � AgCl 1 NaNO3

j L’obtenció de sulfat de zenc: ZnO 1 H2SO4 � ZnSO4 1 H2O

Aquesta reacció es fa servir com a pas intermedi en l’obtenció de zenc metàl.lic. Per la solució de sulfat de zenc obtinguda s’hi fa passar un corrent elèctric per obtenir el me-tall electrolíticament.

j Reaccions d’àcids amb hidròxids: HCl 1 NaOH � NaCl 1 H2O

Aquestes reaccions, anomenades de neutralització, són la base de les anàlisis d’àcids i bases (valoracions àcid-base) i són molt importants per saber quina concentració hi ha d’aquestes substàncies en qualsevol dissolució.

Una reacció de desplaçament és una reacció entre un compost i un element, en la qual l’element s’integra al compost i s’allibera un altre element que formava part del compost inicial.

Una reacció de doble descomposició es produeix entre dos compostos que in-tercanvien cations i anions.



Els combustibles fòssils són productes orgànics que constitueixen una font d’energia no renovable, la més important del món:

j Energia obtinguda per gas natural, propà, butà, etc.

j Energia obtinguda per gasoil, fuel, gasolines, etc.

j Energia obtinguda de cremar carbó, etc.

Els biocombustibles, com ara el biodièsel o la llenya, són combustibles renovables.

La problemàtica de les combustions té tres fronts bàsics molt importants:

j Alliberament de CO2, gas que produeix l’efecte d’hivernacle. Aquest gas no deixa escapar la radiació infraroja que la Terra emet a l’espai i incre-menta l’escalfament global del planeta.

j Consum d’oxigen en la combustió. Si es consumeix més oxigen que el que generen les plantes, es crea un desequilibri evident.

j Impureses dels combustibles. Aquestes substàncies també es poden combinar amb l’oxigen i formar productes molt perillosos com per exemple els òxids de sofre, que, quan plou, provoquen la pluja àcida.

j Formació d’òxids de nitrogen. Aquests gasos es formen per combinació del nitrogen i l’oxigen de l’aire a causa de les temperatures elevades de les combustions, i contribueixen a la pluja àcida i a la reducció de la capa d’ozó.

Fig. 4.10. Algunes vegades es produeixen combustions no desitjades: els incendis.

E. Reaccions de combustió

15> Quin tipus de reacció associaries a les equacions següents:

a) HNO3 1 KOH � KNO3 1 H2O

b) H2 1 I2 � 2 HI

c) K2CO3 � K2O 1 CO2

16> Completa la reacció de doble descomposició se-güent:

NaCl 1 AgNO3 � ? NO3 1 Ag ?

17> Quins productes dóna la combustió del benzè (C6H6)?

18> Indica la reacció que es produeix en la combustió de l’alcohol etílic?

19> L’alumini és atacat per l’àcid clorhídric i es des-prèn hidrogen.

a) Escriu l’equació que representa aquesta reacció.

b) De quin tipus de reacció es tracta?

Una reacció de combustió és una reacció en la qual una substància reacciona amb oxigen i es desprèn energia en forma de calor, i a vegades de llum. La com-bustió dels productes orgànics que tenen només C i H (hidrocarburs) o bé dels productes orgànics amb C, H i O sempre dóna com a productes diòxid de carboni i aigua, segons l’esquema:

Producte orgànic 1 O2 � CO2 1 H2O

Activitats

1



1> Explica els fenòmens següents i indica si hi ha hagut canvi químic o no:

a) Quan escrivim a la pissarra, el guix que fem servir es va desintegrant i perd massa.

b) Quan cau suc de llimona sobre el marbre de la cuina, queda tacat.

c) Si fem bullir aigua una bona estona i la dei-xem refredar, es forma un dipòsit de sòlid blanc al recipient.

d) Si ens descuidem el pa a la torradora, en surt un fum blanc espès que ens obliga a obrir les portes i fi nestres de tota la casa.

2> Iguala les equacions següents, que tenen el sodi com a element comú:

a) Na2O2 1 Na � Na2O

b) Na2SO4 1 C � Na2S 1 CO2

c) NaHCO3 � Na2CO3 1 H2O 1 CO2

d) Na2CO3 1 C 1 N2 � NaCN 1 CO

e) C2H5I 1 Na � C4H10 1 NaI

f) C2H5OH 1 Na � C2H5ONa 1 H2

3> El magnesi és un metall lleuger que, quan s’escal-fa, crema en l’aire amb una llum blanca intensa, rica en raigs ultraviolats. Aquesta característica fa que s’utilitzi en pirotècnia.

La reacció de combustió es pot representar amb l’equació següent:

Mg(s) 1 O2(g) � MgO(s)

Si tenim 20 g de magnesi, que reaccionen amb 13,17 g d’oxigen, quants grams de residu blanc d’òxid es formaran?

R: 33,16 g MgO

4> Es barregen inicialment 20 g de la substància A i 20 g de la substància B per obtenir C.

a) Quants grams hi haurà al fi nal de la reacció? Raona la teva resposta.

b) Si sobren només 5 g de A i s’ha consumit tota la massa de B, quina massa de C s’ha format?

c) Quines masses inicials mínimes hauríem de posar per obtenir 50 g de C?

R: b) 35 g; c) 21,43 g de A i 28,57 g de B

5> El butà és un dels combustibles més utilitzats en l’àmbit domèstic. Perquè reaccionin 58 g de butà, necessitem 240 g d’oxigen. El resultat de la com-bustió és diòxid de carboni i aigua.

a) Si en una bombona de butà encara hi queden 5 kg d’aquest gas, quina massa d’oxigen cal per cremar-lo?

b) Quina massa de butà hi havia en un altre reci-pient si, en cremar-se, s’han consumit 100 kg d’aire? (El contingut d’oxigen a l’aire és del 21 % en massa.)

R: a) 20,69 kg d’oxigen; b) 5,07 kg de butà

6> Una substància A reacciona amb una substància B i s’obtenen els productes C i D.

a) Si reaccionen 8 g de A i es formen 12 g de C i 6 g de D, quants grams han reaccionat de B?

b) Si en la reacció anterior inicialment posem 16 g de A i 100 g de B, quines masses hi hau-rà al fi nal de la reacció i de quina substància seran?

R: a) 10 g; b) 80 g de B, 24 g de C i 12 g de D

7> Completa les quantitats de productes de les trans formacions químiques següents, en què el perclorat de potassi es descompon totalment:

Perclorat de potassi � oxigen 1 clorur de potassi

5,4 g 2,5 g ?

Perclorat de potassi � oxigen 1 clorur de potassi

6,38 g ? ?

8> L’aigua és una substància imprescindible per a la vida a causa de les seves propietats. Per exem -ple, podem dir que és pràcticament l’única subs-tància que augmenta de volum en passar de lí-quid a sòlid (gel). Això provoca que la densitat del gel sigui més petita que 1 kg/m3 i que, per tant, suri a l’aigua.

Activitats fi nals



Aquesta propietat fa que, per exemple, hi pugui haver vida aquàtica en llocs gelats, ja que el gel sura i protegeix la resta de l’aigua. Sabries cal-cular:

a) Quantes molècules hi ha en un tros de gel d’una tona?

b) Quantes molècules hi ha en 1 mL d’aigua a 1,01 ? 105 Pa i 25 ºC?

R: a) 3,35 ? 1028 molècules; b) 3,35 ? 1022 molècules

9> Comprova si en l’exemple següent es compleix la llei de les proporcions múltiples o llei de Dalton. Raona la teva resposta.

2,25 g de carboni reaccionen amb 6 g d’oxigen i es forma diòxid de carboni, i els mateixos 6 g d’oxi-gen necessiten 4,5 g de carboni per formar CO.

10> Classifi ca les reaccions següents i iguala les equa-cions corresponents:

a) C 1 O2 � CO2

b) Pb(NO3)2 1 NaCl � PbCl2 1 NaNO3

c) CH4 1 O2 � CO2 1 H2O

d) HCl 1 NH3 � NH4Cl

e) H2S � S 1 H2

f) H2O 1 Na � NaOH 1 H2

11> Escriu, iguala i classifi ca les reaccions següents:

a) Nitrat de sodi 1 clorur de potassi � clorur de sodi 1 nitrat de potassi

b) Metà 1 oxigen � diòxid de carboni 1 aigua

c) Pentaclorur de fòsfor � triclorur de fòsfor 1

1 clor

d) Àcid clorhídric 1 nitrat d’argent � clorur d’ar gent 1 àcid nítric

12> El benzè (C6H6) és líquid a la temperatura ordinà-ria i té una densitat de 878 kg?m23.

a) Escriu la reacció de combustió del benzè.

b) Es cremem 50 cm3 de benzè. Calcula el volum d’aire necessari per a la combustió, mesurat a 20 ºC i 1 atm.

c) Troba també el nombre de molècules de CO2 obtingudes en la combustió.

Dades: masses atòmiques: H 5 1; C 5 12; O 5 16; R 5 0,082 atm?L?K21 mol21 5 8,31 J?K21?mol21; contingut d’oxigen a l’aire: 21 % en volum; NA 55 6,022 ? 1023 mol21

R: b) 482,2 L; c) 2,031 ? 1024 molècules CO2

13> A quin tipus de reacció s’associa la formació de l’àcid sulfúric a partir del triòxid de sofre i aigua? Escriu la reacció igualada.

14> L’alginat de sodi reacciona amb el clorur de calci segons una reacció de doble descomposició. Escriu la reacció igualada.



1> Quin és el nombre enter que cal posar davant del H2 en la igualació de la reacció següent:

Fe 1 HCl � FeCl3 1 H2

a) 3

b) 2

c) 1

d) 4

2> El marbre (bàsicament CaCO3) reacciona amb el salfumant (dissolució HCl) segons la reacció:

CaCO3 1 HCl � CO2 1 H2O 1 CaCl2

Quin símbol caldria posar en el HCl?

a) (aq)

b) (g)

c) (l)

d) (s)

3> En la reacció:

A 1 2 B � 3 C 1 D

4 g de A reaccionen totalment amb 3 g de B i s’ob-tenen 5 g de C. Quants grams de D es produiran?

a) 3 g

b) 1 g

c) 2 g

d) 4 g

4> En la reacció de combustió de l’acetilè:

C2H2 1 O2 � CO2 1 H2O

si reaccionen totalment 26 g d’acetilè amb 80 g d’oxigen, quina massa d’acetilè sobrarà si intro-duïm en la reacció 100 g d’oxigen i 100 g d’ace-tilè?

a) 58 g

b) 67,5 g

c) 81,25 g

d) 0 g (reacciona totalment)

5> 20 litres de butà en condicions normals (0 ºC i 1 atm), quantes molècules contenen?

a) 6,023 ? 1023 molècules

b) 2,25 ? 1023 molècules

c) 3,01 ? 1023 molècules

d) 5,38 ? 1023 molècules

6> En la reacció en estat gasós:

3 A 1 2 B � C 1 2 D

si inicialment disposem de 50 litres de A i 100 litres de B, quants litres hi haurà al fi nal de la reacció?

a) 100 L

b) 150 L

c) 66,66 L

d) 116,66 L

7> A què equivalen 2 ? 1024 molècules d’aigua a 101 300 Pa i a 25 ºC:

a) A 2,52 mols

b) A 59,77 mL

c) A 50,86 g

d) A 3,32 m3

8> La reacció associada al compost explosiu dicro-mat d’amoni:

(NH4)2Cr2O7 � N2 1 H2O 1 Cr2O3

la podem associar al tipus de reacció:

a) Síntesi.

b) Descomposició.

c) Desplaçament.

d) Combustió.

Quimitest



Les pràctiques proposades es poden fer a casa o al laboratori del centre.

Tipus de reaccions (al laboratori)

Objectiu

j Efectuar diversos tipus de reaccions des del punt de vista qualitatiu.

j Anotar les incidències, canvis i problemes que tinguin lloc en cada reacció.

Material

— Tubs d’assaig o vasos de precipitats petits

— Tots els productes que apareixen en les explicacions dels procediments

Atenció: compte amb la manipulació dels productes químics.

Procediment i anàlisi de resultats

a) Reacció de síntesi: obtenció de niló

El niló, anomenat també nylon, és un polímer que rep el seu nom dels llocs on es va presentar per primera vegada, NY (New York) LON (London). És un dels primers plàstics i un dels més utilitzats, sobretot per fer fi bres tèxtils. La pre-paració del niló més usual, anomenat 6,6, és relativament senzilla:

j Poseu 10 mL d’una dissolució aquosa al 5 % d’hexametilendiamina en un vas de precipitats de 50 mL.

j Afegiu-hi, amb molta cura i sense remenar-ho, 10 mL d’una solució al 5 % de clorur d’adipoil amb ciclohexà (o altres dissolvents orgànics: cloroform, te-traclorur de carboni, etc.).

j Es formaran dues capes i immediatament apareixerà entre elles una pel.lí cula del polímer.

j Separeu el niló amb l’ajuda d’un ganxo o unes pinces i, si podeu, enrotlleu-lo en un agitador de vidre. Es va formant polímer contínuament (fi g. 4.11).

La reacció és:

ClOC–(CH2)4–COCl 1 H2N–(CH2)6–NH2 � –[CO–(CH2)4–CO–NH–(CH2)6–NH]n–

clorur d’adipoil hexametilendiamina niló 6,6

j Acompanyeu l’informe pràctic d’informació sobre el niló. Consulteu biblio-grafi a.

j Per què és una reacció de síntesi?

b) Reacció de descomposició

j Poseu una mica d’aigua oxigenada (de 3 mL a 5 mL) en un tub d’assaig, afe-giu-hi una punta d’espàtula de permanganat de potassi, que només actua accelerant la reacció, i obtindreu aigua i oxigen.

Cal tenir molta cura amb els productes (utilització de guants en algunes pràctiques) i és imprescindible dur ulleres de laboratori en la del volcà i fer la pràctica en una campana d’extracció; també és impres-cindible una bona ventilació.

Normes de seguretat

En aquesta pràctica hi ha molts residus que cal gestionar de forma especial (consulteu l’an-nex 1). En el cas de la pràctica del niló cal ajustar bé els com-ponents per no crear residus innecessaris; el niló obtingut no és perillós.

Gestió dels residus

El niló 6,6 rep aquest nom perquè els reactius dels quals s’obté estan formats per 6 car-bonis cadascun.

Fig. 4.11. Preparació de niló.

Ganxo de coure

Diamina en aigua

Clorur d’adipoil

Formació

d’una pel.lícula

de poliamida

en la interfase

PràctiquesL



j Comproveu la formació d’oxigen posant a la sortida del tub un llumí encès o en brasa.

La reacció és: H2O2 � H2O 1 1/2 O2

j Quan posem aigua oxigenada en una ferida, què succeeix?

j Quines aplicacions té l’aigua oxigenada? Consulteu bibliografi a.

c) Doble descomposició. Producció de clorur de plata

El clorur de plata és una pols blanca molt poc soluble en aigua que s’ennegreix a la llum i que és emprada en fotografi a. S’obté combinant una sal de plata amb un clorur.

La reacció és aquesta:

NaCl 1 AgNO3 � NaNO3 1 AgCl

j Poseu en un tub d’assaig de 2 mL a 5 mL de dissolució de nitrat de plata.

j Afegiu-hi aproximadament 2 mL de dissolució de clorur de sodi.

j Observeu què passa i raoneu-ho.

d) El volcà. Resum de reaccions

Anomenem volcà un conjunt de dues reaccions que podem fer fàcilment al labo-ratori i que simulen el que es produeix en un volcà en erupció. Realment en un volcà no hi ha reaccions químiques, sinó només substàncies a alta temperatura. Per això, l’analogia amb un volcà és només visual.

Les reaccions són aquestes:

2 Mg 1 O2 � 2 MgO (síntesi o combustió)

(NH4)2Cr2O7 � N2 1 H2O 1 Cr2O3 (descomposició)

j Col.loqueu el dicromat d’amoni i el magnesi tal com indica la fi gura (fi g. 4.12).

j Amb molta cura, enceneu la metxa de magnesi (de vegades costa una mica) i aparteu-vos-en ràpidament (fi g. 4.13).

j Anoteu què ha passat i quins residus queden.

j Observeu el fenomen i expliqueu si crema lentament o ràpidament, si és molt contaminant, etc.

j Sabríeu dir la raó o les raons per les quals aquestes substàncies no s’utilit -zen com a combustibles?

Aquesta pràctica l’ha de fer el professor o la professora, i s’ha de fer en una vitrina de gasos. A més, cal tenir en compte que:

j Les reaccions s’han de fer en una superfície ade quada, ja que es cremen pro ductes simulant un volcà.

j S’han d’utilitzar ulleres i guants per no cremar-se.

j S’han d’utilitzar quantitats petites de les substàncies reaccionants.

Atenció!

Fig. 4.12 Fig. 4.13



Determinació experimental de la massa atòmica relativa d’un metall (al laboratori)

Objectius

j Determinar experimentalment la massa molecular relativa del magnesi.

j Muntar un dispositiu que permeti la recollida de gas.

Material

— Balança digital

— Termòmetre

— Baròmetre

— Proveta per mesurar l’hidrogen

— Material per fer el muntatge de recollida de gasos

— Magnesi amb tires o amb pols

— Dissolució d’àcid clorhídric 1 M

Procediment i anàlisi de resultats

j Igualeu la reacció següent:

Mg(s) 1 HCl(aq) � MgCl2(aq) 1 H2(g)

j Poseu una tira de magnesi de massa m en una dissolució d’àcid clorhídric 1 M.

j Munteu un dispositiu similar al que s’especifi ca a la fi gura 4.14 per mesurar l’hidrogen obtingut:

j Mesureu les dades i anoteu-les a la taula:

Magnitud Mesures

Volum llegit de la proveta L

Massa del magnesi g

Temperatura ambient K

Pressió atmosfèrica mmHg

Pressió de vapor de l’aigua 14,53 mmHg

Pressió columna d’aigua mmHg

densitat de l’aigua (1 g/mL) ? altura d’aigua (h aigua)——————————————————————————

densitat del mercuri (13,6 g/mL)

h aigua

aigua

Solució

de HCl

H2(g) 1 vapor aigua

Cinta de Mg

Fig. 4.14

Taula 4.2

Els residus es poden reutilitzar en altres pràctiques. Si no és possible, cal reciclar els reac-tius emprats.


L’hidrogen és un gas perillós; per tant, cal fer l’experiment utilitzant poca quantitat de reactius. S’ha de treballar en la campana d’extracció de gasos i és millor que ho faci el profes-sor. En qualsevol cas, el labo-ratori ha d’estar ben ventilat.

Normes de seguretat



j Apliqueu la fórmula per calcular la pressió de l’hidrogen:

patm 5 pH2 1 pvapor aigua 1 pcolumna aigua

pH2 5 patm 2 pvapor aigua 2 pcolumna aigua

Passeu la pressió a atmosferes tenint en compte que 1 atm 5 760 mmHg

j Apliqueu la fórmula dels gasos ideals per calcular el nombre de mols d’hidro-gen, que coincideix amb el nombre de mols de magnesi:

p ? V 5 n ? R ? T

p ? Vn 5 ———

R ? T

En què la constant dels gasos val R 5 0,082 atm?l?mol21?K21

j Com que coneixem la massa de magnesi i el nombre de mols tenim:

massa de magnesi————————— 5 massa atòmica del magnesi

nombre de mols

j Compareu el resultat anterior amb el valor de la massa atòmica de la taula periòdica.

j A què creus que es deu la diferència entre el valor experimental i el teòric?

Reacció de neutralització (a casa)

Objectiu

Realitzar una reacció química de forma qualitativa.

Material

— Hidrogencarbonat de sodi (bicarbonat)

— Suc de llimona

— Vas

— Cullera per remenar

Procediment

j Mescleu una petita quantitat d’hidrogencarbonat de sodi amb el suc de mit-ja llimona.

j Remeneu la mescla.

j Observeu les variacions que es produeixen.

Anàlisi de resultats

j Descriviu els fenòmens que s’observen.

j Anoteu la reacció que es produeix.

j Expliqueu quines aplicacions podria tenir a la cuina aquesta reacció (és la base del llevat químic).

Cal evitar que el suc de llimona ens caigui a terra o al marbre de la cuina (possible reacció).

Normes de seguretat

Els productes de la pràctica no són tòxics ni perillosos, es po-den eliminar per la pica.



Documents

LES REACCIONS QUÍMIQUES - spain-s3-mhe-prod.s3 …spain-s3-mhe-prod.s3-website-eu-west-1.amazonaws.com/bcv/guide/... · Algunes vegades, ﬁ ns i tot s’indica la forma estructural