QUÍMICA 7 CIENCIAS REACCIONES QUÍMICAS

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REACCIONES QUÍMICAS

CONCEPTO Son procesos químicos en los cuales una o más sustancias, llamadas “reactantes” sufren cambios en su estructura interna o molecular dando lugar a la formación de nuevas sustancias, llamados “productos”. Se explica por la ruptura de sus enlaces y la formación de nuevos enlaces químicos Cuando ha ocurrido una reacción química observa algunos cambios como desprendimiento de gases, liberación de calor, cambio de color, formación de precipitados, cambio de propiedades físicas y químicas de los reactantes. ECUACIÓN QUÍMICA Es la representación literal de una reacción química, en ella podemos distinguir las sustancias que son los reactantes, los productos, el sentido indicado por la flecha, los coeficientes estequiométricos, números que van delante de las sustancias, estado físico son subíndices que van al final de cada sustancia. CLASES DE REACCIONES QUÍMICAS. I. DE ACUERDO A LA NATURALEZA DE LAS

SUSTANCIAS O A SU FORMA. A. Reacciones de adición, asociación, combinación,

composición o síntesis Son reacciones de dos o más sustancias para formar una nueva sustancia. 1. 2 Ca + O2 → 2 CaO 2. H2 + Cl2 → 2HCl 3. (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2 NH4HCO3

B. Reacciones de descomposición

Son reacciones que a partir de un solo compuesto o reactante se obtiene varios productos, por lo general se necesita energía. 1. 2 H2O → 2 H2 + O2 2. CaCO3 → CaO + CO2 3. 3 HClO3 → HClO4 + 2 ClO2 + H2O

C. Reacciones de simple sustitución o de desplazamiento simple. Son las reacciones de un elemento con un compuesto, donde el elemento desplaza a otro que se encuentra formando parte del compuesto.

1. Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

Desplaza

2. I2 + H2S → 2 HI + S

Desplaza D. Reacciones de doble desplazamiento o de doble

sustitución o metátesis

Reacciones donde existe un intercambio de elementos entre dos compuestos, formándose dos nuevos compuestos. 1. AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3 2. CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF 3. HCl + NaOH → NaCl + H2O

II. REACCIONES DE ACUERDO A SU ENERGÍA

Cuando se produce una reacción química, ésta se realiza liberando o absorbiendo calor neto al medio que lo rodea, esto permite clasificar a las reacciones como endotérmicas y exotérmicas.

A. REACCIONES EXOTÉRMICAS

Reacción en donde hay una pérdida neta de calor, debido a que la energía de los productos en menor respecto a los reactantes. 1. 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) + 116 kcal/mol 2. C3H8 (g) + 5O2 (g) → 3CO2(g) + 4H2O (l) +

341 kcal/mol 3. S(s) + O2 (g) → SO2 (g) + 70,66 kcal/mol

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Química Teoría y ejercicios – Semana 7


B. REACCIONES ENDOTÉRMICAS Reacciones donde hay una ganancia neta de calor, porque la energía de los productos es mayor al de los reactantes. 1. Al2O3 + 2Fe + 203 kcal/mol → 2Al + Fe2O3 2. 2NH3 + 22 kcal/mol → 3 H2 (g) + N2(g) 3. H2O (g) + C(s) + 31,4 kcal/mol → H2 (g) + CO(g)

III. DE ACUERDO AL SENTIDO

A. REVERSIBLE

1. I2 + H2 2HI 2. N2 + 3H2 2NH3

3. NH4OH NH3 + H2O B. IRREVERSIBLE

1. CaO + H2O → Ca(OH)2 2. 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 3. CuCl2 + H2S → CuS + 2HCl

IV. REACCIONES DE COMBUSTIÓN: Son aquellas

que se producen por desprendimiento de calor y luz, en la que intervienen como reactantes un combustible y el comburente que es el oxígeno, y que dan origen a los siguientes tipos:

A. COMBUSTIÓN COMPLETA: Se produce en

presencia de suficiente cantidad de oxígeno obteniéndose dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) 1. C3H8 + 5O2 3CO2 + 4 H2O 2. C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O

B. COMBUSTIÓN INCOMPLETA Se produce por

deficiencia de oxígeno, obteniéndose como producto monóxido de carbono (CO), carbono (C) y agua (H2O) 1. 2C8H18 + 17O2 16CO + 18H2O 2. 2C8H18 + 9O2 16C + 18H2O

V. REACCIONES CATALÍTICAS

Son aquellas que se producen en presencia de un catalizador que influye en la velocidad de reacción. KClO3(s) MnO2 KCl(s) + O2(g) H2O2(ac) MnO2 H2O(l) + O2(g)

VI. REACCIONES REDOX Son aquellas en donde existen dos fenómenos químicas: oxidación y reducción, debido a transferencias de electrones de una especie a otra. Los átomos o iones experimentan cambios en sus estructuras electrónicas debido a la ganancia o pérdida de electrones. REDUCCIÓN: Ocurre ganancia de electrones, por lo que su estado de oxidación disminuye, el que se reduce se convierte en agente oxidante. OXIDACIÓN: Cuando hay pérdida de electrones, el estado de oxidación aumenta y el que se oxida se convierte en agente oxidante. Reacciones de desproporción Las reacciones de desproporción son un tipo especial de reacciones redox. En una reacción de desproporción (o dismutación), un mismo elemento en un estado de oxidación se oxida y se reduce al mismo tiempo. Por lo tanto, para que una reacción de este tipo ocurra, un mismo elemento debe tener más de un estado de oxidación y debe encontrarse en un estado intermedio de oxidación. Ejemplo:

+1 –1 +1 –2 0

2H2O2(ac.) → 2H2O(l) + O2(g) REGLAS PRÁCTICAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS ESTADOS DE OXIDACIÓN (E.O.) 1. Todo elemento libre, es decir sin combinarse tiene

su E.O. igual a cero. 2. El oxígeno combinado tiene su E.O. igual a (–2),

excepto en los peróxidos donde vale (–1). 3. El hidrógeno combinado tiene su E.O. igual a (+1),

excepto en los hidruros metálicos donde vale (–1). 4. Los metales tienen su E.O. igual a su valencia pero

con signo positivo. 5. La suma algebraica de los E.O. de una molécula

neutra es igual a cero, y el de un ión igual a su carga eléctrica.

A. IGUALACIÓN O BALANCE DE ECUACIONES

QUÍMICAS REDOX Existen tres métodos de igualación de ecuaciones REDOX, dos de las cuales son:




I. MÉTODO DE LA VARIACIÓN DEL ESTADO DE OXIDACIÓN

Procedimiento: 1. Se determina los E.O. de todos los elementos de

la ecuación. 2. Se extraen los elementos que se oxidan y que se

reducen. 3. Se determina la cantidad de electrones perdidos

y ganados respectivamente. 4. Se balancea átomos y electrones en cada semi–

reacción, teniendo en cuenta que el número de electrones ganados y perdidos, deben ser iguales.

5. Se traslada los coeficientes a la ecuación original.

6. Se determina los coeficientes de las sustancias que no han sufrido variación en sus E.O.

7. Se comprueba, que la ecuación esté perfectamente balanceada.

+2 –2 +1+5 –2 +2 +5 –2 0 +2 –2 +1 –2

1. CuS + HNO3 → Cu (NO3)2 + S + NO + H2O Agente oxidante N(+5) → N(+2) Reducción Agente reductor S(–2) → S(0) Oxidación (x2) N(+5) + 3 e- → N(+2) (x3) S(–2) – 2 e- → S(0) 2N(+5) + 6 e- → 2N(+2) 3S(–2) – 6 e- → 3S(0)

----------------------------------------------------------- 2N(+5) + 3S(–2) → 2N(+2) + 3S(0) 3CuS + 2HNO3 → 2NO + 3S (Incompleto) La ecuación está todavía sin igualar, porque no se ha previsto el coeficiente para el Cu(NO3)2 ni para el H2O que proviene del ácido. Por simple inspección sabemos que en el segundo miembro tenemos 3Cu(NO3)2 que proviene los 6 iones NO3

‒ del HNO3 por lo tanto en el primer miembro debemos agregar 6HNO3, lo que a su vez nos da 3H2O 3CuS + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O

II. MÉTODO DE COEFICIENTES

INDETERMINADOS Procedimiento 1. Se le asigna coeficientes (a,b,....) a todas las

sustancias que participan en la reacción. 2. Se efectúa un balance de átomos para cada

elemento obteniéndose un sistema de ecuaciones algebraicas.

3. Se asigna un valor mínimo (1) para la letra que más se repite.

4. Se resuelve el sistema de ecuaciones y los valores obtenidos se reemplazan en la ecuación original.

5. Si el coeficiente resulta fraccionario se multiplica por el m.c.m. del denominador.

Ejemplo:

a K2Cr2O7 + b HCl → c KCl + d CrCl3 + e Cl2 + f H2O Se forman ecuaciones algebraicas

K → 2a = c Cr → 2a = d O → 7a = f H → b = 2f Cl → b = c + 3d + 2e

y se determinan los valores de los coeficientes literales, empezando por darle el valor de la unidad a la letra a, por ser la que se más se repite.

a = 1 b = 14 c = 2 d = 2 e = 3 f = 7

K2Cr2O7 + 14 HCl → 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O

EJERCICIOS DE CLASE 1. Determine si es verdadero (V) o falso (F) cada una

de las siguientes proposiciones correspondientes a una reacción química. I. Se produce ruptura de enlaces en los productos II. Se forman nuevos enlaces en los reactantes. III. Puede formarse un precipitado IV. Siempre hay formación de burbujas V. En algunas reacciones hay cambio de color.

A) VVVFV B) VFVFV C) FFVVV D) FVFVF E) FFVFV

2. Indique la relación que no corresponde:

A) CaCO3 → CaO + CO2: Descomposición B) 2 Hg + Cl2→ 2 HgCl : Combinación C) Na2O + H2O → 2 NaOH : Adición D) 2 H2O2 → O2 + 2 H2O : Sustitución E) ZnSO4 + Cu → CuSO4 + Zn : Desplazamiento

simple




3. Determine el número de reacciones que están correctamente identificadas. I. CH4(g) + 2 O2 → CO2(g) + 2 H2O + calor:

De combustión completa y exotérmica II. 2 NH3(g) → N2(g) + 3 H2(g) :

De descomposición y redox III. PCl3 + Cl2 ↔ PCl5

De adición y reversible IV. H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O

Metátesis y no redox

A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4

4. Señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda en cada una de las siguientes proposiciones con relación a las reacciones redox. I. Ocurre oxidación y reducción necesariamente. II. El agente oxidante es el que gana electrones. III. El agente reductor se oxida. IV. El que se reduce pierde electrones. A) VVVV B) VVVF C) VFVF D) FVFV E) VVFF

5. Indique las semirreacciones que representan una

reducción. I. Ca+2 → Ca0 II. Cu+1→ Cu+2

III. N–3 → N+5 IV. Mn+7→Mn+2 V. S+6 → S+4

A) IV, V B) II, III C) I, IV, V D) I, II E) I, II, III

6. Si la combustión del butano es completa, determine los productos, balancee la ecuación y de como respuesta la suma de los coeficientes mínimos enteros.

C4H10 + O2 → …… + ……. A) 23 B) 25 C) 36 D) 33 E) 28

7. Determine la proposición incorrecta, respecto a la siguiente ecuación:

HNO3 + Ag → AgNO3 + NO + H2O

A) La plata se oxida de (0) a (+1) B) Hay un grupo de nitrógenos que no se oxidan C) El oxígeno no se reduce ni se oxida D) El nitrógeno se oxida de (+5) a (+4) E) La plata en los productos tiene E. O. igual a + 1.

8. Luego de balancear la ecuación. HNO3 + HI → NO + I2 + H2O

Determine coeficiente del ácido nítrico

coeficiente del ácido yodhídJ

rico=

A) 4 B) 2 C) 1/3 D) 1 E) 1/4

9. Después de balacear la ecuación, determine

Coeficiente del ácido clorhídricoCoeficiente del cloruro cró

Rmico

=

K2Cr2O7 + HCl KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O A) 1/7 B) 7 C) 14/7 D) 7/14 E) 7/2

10. Luego de balancear la ecuación, halle la relación entre la cantidad de electrones transferidos y el coeficiente del agente reductor.

Cu +HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

A) 3 B) 2/5 C) 2 D) 1/2 E) 5/2

11. Después de balancear la ecuación, halle la siguiente relación

J R PQ

=−

R = Σ de los coeficientes de los reactantes P = Σ de los coeficientes de los productos Q = Coeficiente de la forma oxidada

KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O

A) 16/1 B) 5/1 C) 1/5 D) 1/16 E) 2/5

12. Después de balancear la ecuación redox,

determine la relación Coeficiente del agua

Coeficiente de la forma reduM

cida=

A) 3/4 B) 4/3 C) 1/3 D) 3 E) 4/10

→




EJERCICIOS DE EVALUACIÓN 1. Respecto a las reacciones químicas señale

verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

I. En una ecuación química la fecha en un solo sentido indica que la reacción es irreversible.

II. Los catalizadores positivos aumentan la velocidad de la reacción.

III. Para que ocurra una reacción es necesario dos o más sustancias reactantes.

IV. Los catalizadores negativos son llamados también inhibidores.

A) VVVV B) VFVF C) FVFV D) VVFV E) FFVV

2. ¿Cuáles de las siguientes no constituyen prueba

inequívoca de que ha ocurrido una reacción química?

I. Desprendimiento de un gas. II. Formación de un precipitado. III. El cambio de estado de las sustancias. IV. El cambio de color de las sustancias. V. La dilatación de los reactantes

A) I y II B) I y III C) I, III y IV D) III y V E) I, II, III y IV

3. Halle las relaciones correctas.

I. N2 + 3 H2 → 2 NH3 II. 2 H2O2 → 2 H2O + O2 III. Na + AgCl → NaCl + Ag IV. AgOH + HNO3 → AgNO3 + H2O

a. Desplazamiento simple b. Adición c. Descomposición d. Doble desplazamiento

A) Ib, IIc, IIIa, IVd B) Ia, IIb, IIc, IVd C) Ib, IId, IIa, IVd D) Ia, IId, IIIc, IVb E) Ic, IIb, IIIa, IVd

4. Señale la alternativa correcta:

A) I2+ H2Se → 2 HI + Se : Adición B) CaCO3 → CaO + O2 : Reversible C) HgO → Hg + O2 : Desplazamiento simple D) Al2O3 + 2 Fe + calor →2 Al + Fe2O3 : Exotérmica E) C3H6 + H2→ C3H8 : Síntesis

5. ¿Cuántas semirreacciones son de reducción y de oxidación respectivamente? I. Cu0→Cu+2 II. Cℓ +7→ Cℓ I−1 III. Pt+2→Pt+4 IV. S+6→S+2

V. Ag+1→ Ag0

A) 0 y 5 B) 2 y 3 C) 3 y 2 D) 4 y 1 E) 1 y 4

6. Complete la siguiente reacción de combustión

completa, balancee y de como respuesta la suma de sus coeficientes mínimos enteros.

C6H14 + O2→ …… + …….

A) 38 B) 50 C) 56 D) 47 E) 43

7. Luego de balancear la siguiente ecuación

CuO + NH3 → N2 + Cu + H2O

Determine el valor de

Producto de los coeficientes de los reactantesProducto de los coeficientes de los pro

Qductos

=

A) 2/3 B) 1/2 C) 3 D) 2 E) 1/3

8. Balancee la siguiente reacción y determine la

relación entre el agente oxidante y la cantidad de electrones transferidos

S + HNO3→ H2SO4 + NO2 + H2O

A) 1 B) 6 C) 1/6 D) 3 E) 1/2




9. Luego de balancear la ecuación química, determina la relación

coeficiente de la forma oxidadacoeficiente del

Jagua

=

CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + S + NO + H2O A) 8/3 B) 4/3 C) 1 D) 3/4 E) 2/8

10. Después de balancear la siguiente ecuación:

K2Cr2O7 + KI + H2SO4→ K2SO4 + Cr2(SO4)3 + I2 + H2O indique la diferencia entre la suma de los coeficientes de los reactantes y la suma de los coeficientes de los productos. A) –1 B) 1 C) 2 D) 4 E) 5

11. Balancee la ecuación redox y determine el

coeficiente del ácido nítrico y el agua. As2S5 + HNO3 → H3AsO4 + H2SO4+ NO2+ H2O A) 40 y 1 B) 1 y 40 C) 40 y 12 D) 3 y 40 E) 12 y 40

12. Iguale la ecuación redox y exprese el coeficiente

de la forma reducida

KI + H2SO4 → K2SO4 + I2 + H2S + H2O

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

13. Después de balancear la ecuación redox, indique la

suma de los coeficientes de la forma oxidada y la forma reducida respectivamente.

KBr+ H2SO4→ K2SO4+ Br2 + SO2+ H2O

A) 5 B) 4 C) 3 D) 2 E) 6

14. Iguale la ecuación redox y exprese la suma de los coeficientes del óxido estánnico y dióxido de nitrógeno.

Sn + HNO3 → SnO2 + NO2 + H2O

A) 4 B) 3 C) 5 D) 2 E) 6


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