módulo fisicoquímica 3° clase
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Profesor: Eder Yair Nolasco Terrón
Clave: Ed
Módulo: Físico-Química
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QUÍMICA
2P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón
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Reacción química
O llamado fenómeno o cambio químico, es:
“Un proceso termodinámico en el cual una omas sustancias llamadas reactivos setransforman cambiando su estructura atómica yenlaces en otras sustancias nuevas llamadasproductos”
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 3
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Los reactivos químicos pueden ser ya sea elementosquímicos o compuestos
Tales fenómenos se representan por medio de una ecuación química
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Ecuación química
Es aquella expresión que utiliza símbolosquímicos para mostrar qué sucede durante unareacción química, sus elementos son lossiguientes:
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𝑎𝐴(𝑠) + 𝑏𝐵 ↑ 𝑐𝐶 +↓ 𝑑𝐷
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 6
Flecha de reacción y
condiciones
Productos
Coeficiente estequiométrico
Estado de la materiade reactivo yproducto
Luz, Δ, electricidadCatalizador,
P, pH
Desprende gas
Precipitado
Reactivos
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Tipos de reacciones químicas
a) Síntesis: reacción donde se combinan dos o mas sustancias para formar un producto
𝐴 + 𝐵 ⟶ 𝐶
Ejemplo
2𝐻2 + 𝑂2 ⟶ 2𝐻2𝑂
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b) Descomposición: reacción donde se transformaun compuesto en los elementos que lo formaron
C⟶ 𝐴+𝐵
Ejemplo
𝐻2𝐶𝑂3 ⟶𝐻2𝑂 +↑ 𝐶𝑂2
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c) Desplazamiento simple: movimiento de unelemento por otro en un compuesto
𝐴 + 𝐵𝐶 ⟶ 𝐴𝐶 + 𝐵
Ejemplo
𝑀𝑔 + 𝐶𝑢𝑆𝑂4 ⟶𝑀𝑔𝑆𝑂4 + 𝐶𝑢
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d) Descomposición doble o metátesis: Consiste enel intercambio de átomos de los reactivos paragenerar productos según la siguiente reacción
𝐴𝐵 + 𝐶𝐷 ⟶ 𝐴𝐷 + 𝐵𝐶
Ejemplo
𝐴𝑔𝑁𝑂3 +𝑁𝑎𝐶𝑙 ⟶ 𝐴𝑔𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑁𝑂3
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d) En relación a la energía: En una reacciónquímica se adiciona o libera energía, por lotanto se divide en dos partes:
• Exotérmica: reacción que libera calor en elproceso.
∆𝐻(−)
• Endotérmica: reacción que necesita calor parallevarse a cabo-
∆𝐻(+)
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A la expresión ∆𝐻 se le conoce como entalpía y laTermodinámica la define como:
“La energía que se hace presente en un proceso oreacción química llevado a presión constante”
Si el valor de la entalpía es negativo hablamos deuna reacción exotérmica(libera energía), si es locontrario la reacción se denominaexotérmica(absorbe energía)
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Balanceo de ecuaciones químicas
Obedece a la ley de conservación de la materia,consiste en equilibrar la cantidad de átomos queparticipan en una reacción química tanto dellado de reactivos como de productos. Se puederealizar de dos maneras:
I. Por el método de tanteo
II. Por transferencia de 𝑒−(óxido-reducción)
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Método de tanteo
Se utiliza este método para equilibrar reaccionessimples, para efectuarlo se siguen los siguientespasos:
1) Equilibrar todos los elementos distintos al 𝑂2 y 𝐻22) Equilibrar los 𝐻2 y al final los 𝑂23) Verificar el balanceo contando los átomos de los
elementos quedando igual en ambos lados de lareacción
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Ejemplo
Balancear la siguiente ecuación por el método de tanteo:
𝐾𝐶𝑙𝑂3 → 𝐾𝐶𝑙 + 𝑂2
𝐾𝐶𝑙𝐻𝑂
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𝐻3𝑃𝑂4 + 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 → 𝐶𝑎3 𝑃𝑂4 2 + 𝐻2𝑂
𝐶𝑎𝑃𝐻𝑂
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Método oxido-reducción(redox) o transferencia de electrones
Analizamos la perdida o ganancia de 𝑒− o entérminos físicos emisión o absorción de energía.Hay dos términos muy importantes en este tipode balanceo de ecuaciones
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Oxidación
En química se denomina a la pérdida de 𝑒− deun átomo haciendo que aumente su número deoxidación. Al elemento que se oxida se ledenomina Agente reductor.
𝑁𝑎 → 𝑁𝑎+ + 𝑒−
𝐹𝑒+2 → 𝐹𝑒+3 + 𝑒−
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Reducción
Así denominamos a la ganancia de 𝑒− de unátomo haciendo que disminuya su número deoxidación. Al elemento que se reduce se ledenomina Agente oxidante.
𝑀𝑛+7 + 5𝑒− → 𝑀𝑛+2
𝐹𝑒+3 + 𝑒− → 𝐹𝑒+2
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Números de oxidación mas comunes
Familia o elemento Número de oxidación
Hidrógeno +1
Oxígeno -2
I A +1
II A +2
III A +3
IV A +4,-4,+2
V A +5,-3
VI A -2,+6
VII A -1,+7
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Los elementos sin combinarse poseen un número de oxidación de cero
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Método redox
Se utiliza cuando hay reacciones de sustituciónsimple o doble, los pasos a seguir son:
1) Hallar los números de oxidación de los átomos queparticipan en la reacción.
2) Revisar qué elemento se oxida y se reduce en lareacción
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3) Manipular algebraicamente lassemirreacciones de oxidación-reducción
4) Ajustar coeficientes estequimétricos ybalancear por método de tanteo
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Ejemplo
Anota lo que se pide en la ecuación química mostrada
𝐶 + 𝐻2𝑆𝑂4 → 𝑆𝑂2 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
Elemento que se redujo:
Elemento que se oxidó:
Agente oxidante:
Agente reductor:
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Carbono
Carbono
Azufre
Azufre
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Ejemplo
Balancear la siguiente ecuación química:
𝐶𝑢 + 𝐻𝑁𝑂3 → 𝐶𝑢 𝑁𝑂3 2 + 𝑁𝑂 + 𝐻2𝑂
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Semirreacción de oxidación:
Semirreacción de reducción:
sumando las semirreacciones de oxidación-reducción tenemos
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Ajustando en la ecuación original:
𝐶𝑢 + 𝐻𝑁𝑂3 → 𝐶𝑢 𝑁𝑂3 2 + 𝑁𝑂 + 𝐻2𝑂
𝐶𝑢𝑁𝐻𝑂
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Ejemplo
Balancear la siguiente ecuación química:
𝐻𝐶𝑙 + 𝑀𝑛𝑂2 → 𝑀𝑛𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑙2
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Semirreacción de oxidación:
Semirreacción de reducción:
sumando las semirreacciones de oxidación-reducción tenemos
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 29
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Ajustando en la ecuación original:
𝐻𝐶𝑙 + 𝑀𝑛𝑂2 → 𝑀𝑛𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑙2
𝑀𝑛𝐶𝑙𝐻𝑂
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Ejercicios de tarea
𝐶6𝐻12𝑂6 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 +𝐻2𝑂𝐴𝑔𝑁𝑂3 +𝐻2𝑆 → 𝐴𝑔2𝑆 + 𝐻𝑁𝑂3
𝐹𝑒𝐶𝑟𝑂4 + 𝐾2𝐶𝑂3 + 𝑂2 → 𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐾2𝐶𝑟𝑂4 + 𝐶𝑂2
𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 +𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑟𝐶𝑙3 + 𝐾𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑙2𝐻2𝑆04 +𝐻𝐼 → 𝐻2𝑆03 + 𝐼2 +𝐻2𝑂
𝐻𝐶𝑙 + 𝑍𝑛 → 𝑍𝑛𝐶𝑙2 +↑ 𝐻2
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Estequiometria
Del griego stocheion (elemento) y metrón(medida) es una parte de la química que analizalas relaciones cuantitativas entre elementos ycompuestos en una reacción química.
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Para su análisis se apoya de las leyes ponderalesde la química que consisten en mantener bajociertas relaciones numéricas elemento-compuesto de reactivo y de producto, seenuncian a continuación
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Estequiometría
Ley de conservación de la materia
Ley de proporciones constantes o ley de Proust
Ley de proporciones múltiples o
ley de Dalton
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Ley de conservación de la materia
Propuesta por Lavoisier dice lo siguiente:
“la materia no se crea ni se destruye, solo setransforma y permanece constante en eluniverso”
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 35
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Ley de proporciones constantes(Proust)
“cuando dos o mas elementos se unen para formar un compuesto lo hacen siempre en una relación ponderal constante”
𝐻2 + 𝐶𝑙2 → 2𝐻𝐶𝑙
2𝐻2 + 2𝐶𝑙2 → 4𝐻𝐶𝑙
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Ley de proporciones múltiples(Dalton)
“Cuando dos o mas elementos se unen paraformar una serie de compuestos, si el peso deuno de ellos permanece constante y el otrovaria, las cantidades de este son múltiplosenteros de la menor de ellas”
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 37
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Ejemplo
𝐶 +1
2𝑂2 → 𝐶𝑂 1: 1
12𝑔 + 16 𝑔 → 28 𝑔
𝐶 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 1: 212𝑔 + 32 𝑔 → 44 𝑔
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Cálculo estequiométricomasa-masa
Metodología:
1) Balancear la ecuación química
2) Calcular los pesos moleculares de lassustancias involucradas
3) Trabajar por regla de tres para obtener lamasa de la sustancia a determinar
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Ejemplo 1
Dada la reacción:
4𝐹𝑒 + 3𝑂2 → 2𝐹𝑒2𝑂3
¿Qué cantidad de oxígenos reaccionará con 10gramos de hierro?
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 40
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Paso 1: balancear la ecuación química:
4𝐹𝑒 + 3𝑂2 → 2𝐹𝑒2𝑂3
𝐹𝑒𝑂
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 41
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Paso 2: calculando los pesos moleculares de lassustancias de interés:
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𝑭𝒆: 1*56 g/mol 𝑶𝟐: 2*16 g/mol
𝑃𝑀𝐹𝑒 = 56 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑃𝑀𝑂2 = 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙
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Paso 3: relación másica(regla de tres)
𝑀𝐹𝑒
10 𝑔 𝐹𝑒=𝑀𝑂2
𝑥
𝑀𝐹𝑒 = 𝑃𝑀𝐹𝑒 ∗ 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐹𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑀𝑂2 = 𝑃𝑀𝑂2 ∗ 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑂 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛
Siguiendo la regla de tres nos queda de lasiguiente manera:
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 43
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4 56 𝑔 𝐹𝑒
10 𝑔 𝐹𝑒=3(32 𝑔 𝑂2)
𝑥
Resolviendo la regla de tres obtenemos la masade oxígeno que reaccionará con el hierro:
𝑥 = 4.285 𝑔 𝑑𝑒 𝑂2
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 44
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Ejemplo 2
El cloro puede prepararse por la reacción:
𝑀𝑛𝑂2 + 4𝐻𝐶𝑙 → 𝑀𝑛𝐶𝑙2 + 𝐶𝑙2 + 2𝐻2𝑂
¿Cuántos gramos de 𝐻𝐶𝑙 se requieren parareaccionar con 25 g de 𝑀𝑛𝑂2?
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 45
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Tarea
Una muestra de monóxido de carbono en unmuestra puede determinarse por la siguientereacción:
𝐼2𝑂5 + 𝐶𝑂 → 𝐼2 + 𝐶𝑂2
Si una muestra de gas libera 0.192 g de 𝐼2 ,¿Cuántos gramos de 𝐶𝑂 se hallaran presentesen la misma?
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 46
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Si se mezcla blanqueador de cloro con otrosproductos de limpieza que contengan amoniaco,se puede formar el gas tóxico 𝑁𝐶𝑙3(𝑔) de
acuerdo con la ecuación:
3𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂 + 𝑁𝐻3 → 3𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) + 𝑁𝐶𝑙3(𝑔)
Cuando 2.94 g de 𝑁𝐻3 reaccionan en el proceso.¿Cuántos gramos de 𝑁𝐶𝑙3 se generan en elproceso de limpieza?
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 47
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La fermentación es un proceso químico complejoque se utiliza en la elaboración de vinos, en el quela glucosa se convierte en etanol y dióxido decarbono:
𝐶6𝐻12𝑂6 → 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝐶𝑂2
Si se comienza con 500.4 g de glucosa, ¿Cuál es lacantidad de etanol en gramos y en litros se seobtendrá del proceso?
Dato adicional: densidad del etanol= 789𝑔
𝑙
P.I.Q Eder Yair Nolasco Terrón 48