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Reacciones Químicas y Catalizadores



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Concepto de reacción química. “Es un proceso mediante el cual unas sustancias (reactivos) se transforman en otras (productos de la reacción) por la reorganización de los átomos conformando moléculas nuevas. Para ello es necesario que rompan enlaces en las moléculas originales y se formen enlaces nuevos”.
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Ejemplo de reacción química. Reactivos ProductosEn la reacción: H2 + I2 —? 2 HI se rompen 1 enlace H—H y 1 enlace I —I y se forman 2 enlaces H—I
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(Gp:) carbono oxígeno monóxido de carbono (Gp:) carbono oxígeno dióxido de carbono (Gp:) Cloruro de hidrógeno cinc cloruro de cinc hidrógeno
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(Gp:) sulfato de cobre (II) hierro sulfato de hierro (II) cobre (Gp:) etanol oxígeno dióxido de carbono agua (Gp:) + (Gp:) +
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Ajuste de una reacción química. El número de átomos de cada elemento tiene que ser igual en los reactivos y en los productos. Se llama ajuste a la averiguación del número de moles de reactivos y productos. ¡CUIDADO! En el ajuste nunca pueden cambiarse los subíndices de las fórmulas de reactivos o productos. Métodos de ajuste: Tanteo (en reacciones sencillas). Algebraicamente (en reacciones más complejas) resolviendo un sistema de ecuaciones.
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Ejemplo: Ajustar la siguiente reacción:HBr +Fe ? FeBr3 + H2 Sean a, b, c y d los coeficientes (número de moles) de los respectivos reactivos y productos. a HBr + b Fe ? c FeBr3 + d H2 H) a = 2d Br) a = 3c Fe) b = c Sea d = 1; entonces a = 2, c = 2/3 y b = 2/3 Multiplicando todos los valores por 3 obtenemos los siguientes coeficientes: a = 6, b = 2, c = 2 y d = 3. Por tanto la ecuación ajustada será: 6 HBr +2 Fe ? 2 FeBr3 + 3 H2
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Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C3H8 + O2 ? CO2 + H2O b) Na2CO3 + HCl ? Na Cl + CO2 + H2O c) PBr3 + H2O ? HBr + H3PO3 d) CaO + C ? CaC2 + CO e) H2SO4 + BaCl2 ? BaSO4 + HCl (Gp:) 5 (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 2 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 3 3 2
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Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico: a) a KClO3 ? b KCl + c O2 K) a = b; Cl) a = b; O) 3a = 2c Sea a = 1. Entonces b = 1 y c = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: 2 KClO3 ? 2 KCl + 3 O2 b) a HCl + b Al ? c AlCl3 + d H2 H) a = 2d; Cl) a = 3c; Al) b = c Sea c = 1. Entonces b = 1, a = 3 y d = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: 6 HCl + 2 Al ? 2 AlCl3 + 3 H2
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Ejercicio: Ajusta las siguiente ecuación químicas por el método algebraico: a HNO3 + b Cu ? c Cu(NO3)2 + d NO + e H2O H) a = 2e; N) a = 2c + d; O) 3a = 6c +d + e; Cu) b = c Sea c = 1. Entonces b = 1 y el sistema queda: a = 2e; a = 2 + d; 3a = 6 + d + e; Sustituyendo a: 2e = 2 + d; 6e = 6 + d + e Sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas que resolviendo queda: e = 4/3; d= 2/3 con lo que a = 8/3 Multiplicando todos los coeficientes por 3: 8 HNO3 + 3 Cu ? 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O Comprobamos el nº de átomos de cada tipo antes y después de la reacción: 8 átomos de H (4 ·2), 8 de N (2·3 +2), 24 de O (8·3= 3·2·3 +2 +4) y 3 de Cu
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Tipos de reacciones químicas Síntesis: A + B ? C Descomposición Simple: A ? B + C Mediante reactivo:AB + C ? AC + BC Sustitución (desplazamiento): AB + C ? AC + B Doble sustitución (doble desplazamiento): AB + CD ? AC + BD 2 H2 + O2 ? 2 H2O CaCO3 ? CaO + CO2 2 ZnS + 3 O2 ? 2 ZnO + 2 SO2 PbO + C ? CO + Pb HCl + NaOH ? NaCl + H2O
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Estequiometría de una reacción química. Es la proporción en moles en la que se combinan los distintos reactivos y en la que se forman los distintos productos de la reacción. Una vez determinado el número de moles de reactivos y productos (ajuste de la reacción) se puede hacer el cálculo en masa (gramos) o en volumen (litros) en el caso de gases o disoluciones.
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Tipos de cálculos estequiométricos. Con moles. Con masas. Con volúmenes (gases) En condiciones normales. En condiciones no normales. Con reactivo limitante. Con reactivos en disolución (volúmenes).
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Ejemplo: En la reacción ajustada anteriormente:6 HBr +2 Fe ? 2 FeBr3 + 3H2 ¿qué cantidad de HBr reaccionará con 10 g de Fe y qué cantidades de FeBr3 e H2 se formarán? 6 HBr + 2 Fe —? 2 FeBr3 + 3H2 6 moles 2 moles 2 moles 3 moles 485,4 g 111,6 g 591,0 g 6 g———— = ———— = ———— = ——— x 10 g y z Resolviendo las proporciones tendremos: 43,5 g 10 g 52,9 g 0,54 g Cálculos con masas
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Ejercicio:Se tratan 40 g de oxido de aluminio, con suficiente disolución de ácido sulfúrico en agua para que reaccione todo el óxido de aluminio y se forme sulfato de aluminio y agua. Calcula los moles del ácido que se necesitan y la masa de sulfato que se forma. Datos (u): Mat(Al) = 27, Mat(S) = 32, Mat(O) = 16, Mat(H) = 1 M (Al2O3) = 2 · 27 u + 3 · 16 u = 102 u M [ Al2(SO4)3 ]= 2 · 27 u + 3 · (32 u + 4 · 16 u) = 342 u Primero, ajustamos la reacción: Al2 O3 + 3 H2SO4 ————? Al2(SO4)3 + 3 H2 O 1mol 3moles 1mol 3moles Se transforman los moles en “g” o “l” (o se dejan en “mol”) para que quede en las mismas unidades que aparece en los datos e incógnitas del problema:
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Ejercicio:Se tratan 40 g de oxido de aluminio con suficiente disolución de ácido sulfúrico en agua para que reaccione todo el óxido de aluminio y se forme sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y agua. Calcula los moles del ácido que se necesitan y la masa de sulfato que se forma. Datos (u): Mat(Al) = 27, Mat(S) = 32, Mat(O) = 16, Mat(H) = 1 Al2 O3 + 3 H2SO4 ————? Al2(SO4)3 + 3 H2 O 102 g 3 moles 342 g 40 g n (mol) m (g) 102 g 3 moles 40 g · 3 mol—— = ——— ? n (mol) = ————— = 1,18 mol H2SO440 g n (mol) 102 g 102 g 342 g 40 g· 342 g —— = ——— ? m (g) =————— = 134,12 g Al2(SO4)340 g m (g) 102 g
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Ejemplo: Calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá al quemar 1 kg de butano (C4H10) a) en condiciones normales b) a 5 atm y 50ºC. La reacción de combustión del butano es: C4H10 + 13/2 O2 ? 4 CO2 + 5 H2O a)1 mol 4 moles 58 g 4 mol · 22,4 l/mol 1000 g x x = 1544,8 litros Cálculos con volumenes (gases)