Los cambios químicos en la materia
Soluciones de las actividades
b) Si deseamos desea mos que reaccionen re accionen 12 g de hidrógeno, hi drógeno, ¿cuántos gramos de oxígeno necesitaremos? ¿Qué cantidad de agua se formará?
Al hacer reaccionar 2 g de hidrógeno con 16 g de oxígeno, la reacción es completa y se forma agua.
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a) ¿Qué cantidad de agua se obtiene?
Puesto que tenemos 6 veces más cantidad de hidrógeno, necesitaremos también, según la ley de las proporciones constantes, 6 veces más cantidad de oxígeno; esto es, 96 gramos de oxígeno. En ese caso, por conservación de la masa, se formarán 108 gramos de agua.
Según se desprende de la ley de conservación de la masa, se obtendrán 18 gramos de agua.
c) ¿Qué ocurrirá si mezclamos 10 g de hidrógeno con 100 g de oxígeno? ¿Reaccionará todo el oxígeno? ¿Cuánto oxígeno quedará sin reaccionar? ¿Cuánta agua se formará? Procediendo como en el apartado aparta do anterior, 10 g de hidrógeno (5 ⋅ 2 g) precisarán reaccionar con 80 g de oxígeno (5 ⋅ 16 g). En consecuencia, no reacciona todo el oxígeno y quedarán 20 g sin reaccionar. Dadas las cantidades que efectivamente reaccionan, se formarán 90 gramos de agua.
d) ¿Qué cantidades de hidrógeno y oxígeno se precisarán para obtener 54 g de agua?
Como se puede observar en todos los casos anteriores, la proporción agua/hidrógeno en la reacción es siempre 9/1. Por tanto, se precisarán 6 g de hidrógeno y el resto (48 g) de oxígeno.
Soluciones de las actividades 5
Qué cantidades de tornillos y tuercas se necesitarían para obtener 18 «tuernillos»? Necesitaremos 18 tornillos y el triple de tuercas, es decir 54 tuercas.
¿Qué ocurriría si mezcláramos 40 tornillos tornillos con 60 tuercas? ¿Qué «reactivo» está en exceso y en qué cantidad? ¿Cuántos «tuernillos» se obtendrían?
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Soluciones de las actividades 7
¿Qué sucederá si mezclamos 20 g de hierro con 20 g de azufre y los hacemos reaccionar? ¿Qué reactivo reaccionará por completo y cuál no? ¿Qué cantidad de sulfuro de hierro se formará?
40 tornillos necesitarían reaccionar con 120 tuercas. Por tanto, solo podrán reaccionar 20 tornillos con las 60 tuercas. En consecuencia, el reactivo en exceso es el tornillo (20 unidades no reaccionan). Se obtendrán, por tanto, 20 “tuernillos”. 2
El hierro y el azufre reaccionan en la proporción 7/4, de modo que reaccionan por completo comple to los 20 g de hierro que, según esa proporción, lo harán con 11,4 g de azufre (reactivo en exceso), formándose 31,4 g de sulfuro de hierro.
Soluciones de las actividades 8
La reacción se lee de la siguiente manera: “el carbono reacciona con el oxígeno produciendo dióxido de carbono” . Es la reacción de combustión del carbón, por ejemplo. 3
Ajusta las siguientes ecuaciones ecuaciones químicas de estas reacciones: a) H2 + Cl2 → HCl
H2 + Cl2 → 2 HCl
b) H2 + O2 → H2O
2 H2 + O2 → 2 H2O
c) CaO + CO2 → CaCO3
CaO + CO2 → CaCO3
d) N d) N2 + H2 → NH3
N2 + 3 H2 → 2 NH3
e) HCl e) HCl + Zn → ZnCl2 + H2
2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2
Explica el significado de la siguiente reacción reacción y pon un ejemplo de cuándo se produce: C + O2 → CO2
La siguiente reacción (sin ajustar) ajustar) es bastante frecuente. frecuente. ¿Sabrías explicar su significado? Fe + O2 → FeO Es una de las posibles reacciones de oxidación del hierro. Nos contentaremos, de momento, con que los alumnos respondan que “el hierro reacciona con el oxígeno en condiciones de humedad para producir óxido de hierro”. Se trata del óxido de hierro (II), como aprenderán en formulación.
Soluciones de las actividades 1
Enumera los indicios que que observas en las secuencias de de las fotografías de esta página. ¿Puedes asegurar que se ha producido una reacción química en los tres casos? Se refiere a las fotos de la página 138 del libro del alumno.
Unidades didácticas
En la primera reacción, los indicios son cambio de coloración y aparición de sedimento. En la segunda reacción se produce un cambio de coloración de las sustancias iniciales (si se realiza en clase, se observará además desprendimiento de gas y liberación de energía térmica). En la tercera, el papel indicador muestra que hay cambio en la acidez del líquido; además, desaparece el sodio. Resulta obvio que enFísica los tres casos2ºse ha y Química ESO producido una reacción química.
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Los cambios químicos en la materia
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Representa las reacciones reacciones de la actividad 8 en modelos de átomos y moléculas. Ayúdate con el ejercicio resuelto y busca información en internet sobre la estructura molecular de los compuestos que aparecen en dicha actividad.
d)
Actividad de investigación propia. Puede sugerirse también que la realicen como actividad manual usando modelos atómicos propios hechos con plastilina. N2
a)
3 H2
2 NH3
e)
H2
2 HCl
Cl2
b)
2 HCl
Zn
ZnCl2
H2
Muchos de estos compuestos no tienen estructura molecular, por lo que los modelos de bolas solo indican la cantidad de átomos de cada elemento que los componen.
Soluciones de las actividades 8 2 H2
O2
2 H2O
c)
CaO
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CO2
Ajusta las siguientes ecuaciones químicas de estas reacreacciones: a) H2 + Cl2 → HCl
H2 + Cl2 → 2 HCl
b) H2 + O2 → H2O
2 H2 + O2 → 2 H2O
c) CaO + CO2 → CaCO3
CaO + CO2 → CaCO3
d) N2 + H2 → NH3
N2 + 3 H2 → 2 NH3
e) HCl + Zn → ZnCl2 + H2
2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2
CaCO3
Calcula qué cantidades de cinc (Zn) y de ácido clorhídrico (HCl) se necesitan para obtener 400 g de cloruro cl oruro de cinc (ZnCl2) según la reacción: HCl + Zn → ZnCl2 + H2 ¿Cuánto hidrógeno H2 se produce? Datos: masa atómica Zn = 65,3; masa atómica Cl = 35,5 Seguiremos el procedimiento que se ha indicado: 1°. Ajustamos la reacción, que resulta ser: 2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2 2°. Determinamos las masas moleculares o atómicas de las sustancias que intervienen:
4°. Por tanto, la cantidad de Zn necesaria para obtener 400 g de ZnCl2 es: 65,3 5,3g g Zn
=
136,3g 13 6,3g Zn ZnCl Cl2
x g Zn 400g 40 0g Zn ZnCl Cl2
Resolviendo, comprobamos que se necesitan 191,6 g de Zn. Procediendo del mismo modo para el cloruro de hidrógeno: 73g HCl 136, 13 6, 3g Zn ZnCl Cl2
=
x g HC HCll 400g 40 0g ZnC ZnCll2
Masa molecular HCl = 36,5
la cantidad necesaria de HCl resulta ser de 214,2 g.
Masa atómica Zn = 65,3
Por último, teniendo en cuenta que la masa total de los productos debe ser igual que la de los reactivos:
Masa molecular ZnCl2 = 136,3 Masa molecular H2 = 2 3°. Teniendo en cuenta la reacción ajustada y trabajando en gramos:
214,2 g + 191, 191,6 6 g = 400 g + x x = 5,8 g de hidrógeno
73 gramos de HCl reaccionan con 65,3 gramos de Zn y producirán 136,3 gramos de ZnCl 2 y 2 gramos de H 2. Obsérvese que se cumple la ley de conservación de la masa. Unidades didácticas
Física y Química 2º ESO
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Los cambios químicos en la materia
La masa no cambia en las reacciones 7
Enuncia las leyes que se cumplen en en las reacciones químicas. Los alumnos deben citar las dos leyes que aparecen explicadas en la página 140.
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2 Mg + O2 → 2 MgO
b) Mg + CuCl2 → MgCl2 + Cu Mg + CuCl2 → MgCl2 + Cu c) H2SO4 + N Na a → N Na a2SO4 + H2
H2SO4 + 2 Na → Na2SO4 + H2
La razón del aumento de peso (hecho que enmascaró hasta finales del siglo XVIII la conservación de la masa) se debe a la combinación del metal con el oxígeno del aire, que inicialmente no había sido pesado.
d) P d) P + O2 → P2O3
4 P + 3 O2 → 2 P2O3
e) P e) P + O2 → P2O5
4 P + 5 O2 → 2 P2O5
f) Fe + Cl2 → FeCl23
2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3
La descomposición descomposición térmica del óxido de mercurio (HgO) (HgO) origina mercurio (Hg) y oxígeno (O2). Escribe la reacción que tiene lugar y ajusta su ecuación.
g) C g) C2H6 + O2 → CO2 + H2O
2 C 2H6 6 H2O
h) Al h) Al + S → Al2S3
2 Al + 3 S → Al2S3
calor
2 Hg + O2
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El óxido de plata (Ag2O) puede descomponerse por efecto del calor, y dar plata (Ag) y oxígeno (O2). Es- cribe la reacción correspondiente y ajusta su ecuación. calor
4 Ag + O2
Dibuja, usando el modelo de esferas de distinto color para los distintos átomos (como se representa en el epígrafe 3.3), las reacciones de los ejercicios 9, 10 y 11.
+
7 O2
→
4 CO2
+
Completa y ajusta las siguientes siguientes ecuaciones: ecuaciones: a) 2 Zn + O2 → 2 ZnO
El sodio (Na) se combina con el cloro gaseoso (Cl2) produciendo sal común (NaCl, cloruro de sodio). Es- cribe la reacción química correspondiente correspondiente y ajusta su ecuación.
La reacción pedida es: 2 Ag2O 12
Copia en tu cuaderno y ajusta las ecuaciones ecuaciones químicas: a) Mg + O2 → MgO
b) 2 S + 3 O2 → 2 SO3 c) 2 H2O → 2 H2 + O2
La ecuación ajustada es: 2 Na + Cl2 → 2 NaCl 11
¿Qué significa ajustar una ecuación ecuación química? Significa hacer que se cumpla a escala atómica o molecular la ley de conservación de la masa.
Después de calentar calentar un metal al aire libre, intensamenintensamente y durante un rato, se comprueba que su masa ha aumentado. ¿Cómo explicas este fenómeno?
La reacción que tiene lugar es: 2 HgO 10
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d) HCl d) HCl + NaOH → H2O + NaCl e) C + O2 → CO2
Balances de masa en las reacciones químicas 16
Las efectuará el alumno en su cuaderno según el modelo expuesto.
Al descomponer 433 g de óxido de mercurio (HgO) se obtienen 402 g de mercurio puro (Hg). ¿Qué gas se desprende en la reacción y en qué cantidad? Escribe la reacción que tiene lugar y ajusta su ecuación. La reacción que tiene lugar es: 2 HgO
Actividad 9:
calor
2 Hg + O2
Por tanto, el gas que se desprende es oxígeno. Por conservación de la masa, se liberan 31 g de oxígeno. 17
¿Qué cantidades cantidades de sodio (Na) y cloro gaseoso (Cl2) deben hacerse reaccionar reacci onar para obtener 500 g de sal común (NaCl)? Datos: masas atómicas: Na = 23; Cl = 35,5 La reacción del problema es: 2 Na + Cl2 → 2 NaCl
2 HgO
2 Hg
O2
46 g 71 g
Teniendo en cuenta las masas ofrecidas, la reacción ajustada indica que 46 g de Na reaccionan con 71 g de cloro gaseoso para producir 117 g de NaCl. Aplicando la regla de proporcionalidad al caso del sodio,
Actividad 10:
46g Na 117g 11 7g NaC NaCll 2 Na
117 g
Cl2
500g 50 0g Na NaCl Cl
se precisarán 196,6 g de sodio para conseguir 500 g de NaCl. La cantidad restante hasta 500 corresponde al cloro necesario, esto es, 303,4 g de cloro gaseoso.
2 NaCl
Actividad 11:
x g Na
=
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¿Qué cantidad de calcita (CaCO 3) puede obtenerse a partir de 150 kg de cal viva (CaO) que reacciona con dióxido de carbono? ¿Qué cantidad de dióxido de carbono es necesaria para que se produzca la reacción? La ecuación ajustada necesaria para el problema es: CaO + CO2 → CaCO3 56 kg 44 kg
2 Ag2O Unidades didácticas
4 Ag
100 kg
O2 Física y Química 2º ESO
Los cambios químicos en la materia
Que, usando los datos de masas atómicas y expresando las relaciones en kg, indica que 56 kg de cal reaccionan con 44 kg de CO2 para producir 100 kg de calcita. Aplicando una regla de proporcionalidad, 100kg 10 0kg Ca CaCO CO3 56kgCaO
=
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x kg Ca CaCO CO3
La descomposición descompos ición de 180 18 0 g de azúcar produce p roduce 92 g de etanol o alcohol etílico a partir de la reacción a) del ejercicio 5. ¿Cuánto etanol se obtendrá a partir de 60 g de azúcar?
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¿Cuánto azúcar debería descomponerse, según según la reacción del ejercicio anterior, para obtener 1 000 g de etanol? ¿Qué cantidad de dióxido de carbono se produciría?
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26
180 18 0 ⋅100 000 0
La reacción del problema es: 2 Ag2O
calor
463 63,6 ,6 ⋅100 000 0
1074,14 g de óxido de plata
=
431, 6 431, desprendiéndose 74,14 g de oxígeno. 22
¿Qué cantidad de hierro (Fe) debe oxidarse al reaccionar con oxígeno (O2) para producir 800 g de óxido de hierro (FeO)? ¿Qué cantidad de oxígeno se necesita en la reacción? La reacción del problema es 2 Fe + O2 → 2 FeO. Teniendo en cuenta las masas atómicas del hierro y del oxígeno, la ecuación ajustada implica que se necesitan 112 g de Fe y 32 g de oxígeno para producir 144 g de FeO. Por tanto, para producir 800 g de FeO se necesitarán: 32 ⋅ 800 144
177,8 g de oxígeno y
=
Unidades didácticas
112 ⋅ 800 144
La química y el medio ambiente 27
4 Ag + O2
Teniendo en cuenta las masas ofrecidas como datos, la ecuación ajustada indica que a partir de 463,6 g de óxido de plata se producen 431,6 g de plata y se desprenden 32 g de oxígeno. Aplicando una regla de proporcionalidad, para obtener 1 kg de plata pura (1000 g) se necesitarán:
Corta una manzana por por la mitad. Deja una parte sobre la mesa y guarda la otra en el congelador. Vuelve a observar las dos mitades al cabo de unas horas. ¿Qué ha sucedido en cada caso? ¿Cuál es el fundamento de una nevera o congelador congelador? ? La parte de la manzana dejada a la intemperie se oxida rápidamente, mientras que la conservada en la nevera tarda más en oxidarse. Eso demuestra el fundamento de una nevera o congelador, que es disminuir la velocidad de reacción al disminuir la temperatura.
= 1 956,5 g de azúcar 92 La diferencia entre la masa de azúcar y la de etanol es la cantidad de CO2 que se libera (956,5 g).
¿Qué cantidad de óxido de plata (Ag2O) debe descomponerse para obtener 1 kg de plata pura (Ag)? ¿Cuánto O2 se produce? Datos: masas atómicas: Ag = 107,9; O = 16
Investiga cómo funcionan funcionan los llamados cold packs y hot packs. ¿Qué compuestos químicos se emplean en cada packs. caso y qué tipo de proceso tiene lugar para producir el enfriamiento o calentamiento necesarios? Se trata de una tarea de investigación personal que deben llevar a cabo buscando información en internet. Por ejemplo, las bolsas de frío pueden contener agua y urea, cuya reacción es endotérmica.
Si a partir pa rtir de 180 g de azúcar az úcar se obtienen 92 g de etanol, et anol, entonces, por una regla de proporcionalidad, para producir 1 000 g de etanol se necesitarán:
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¿Por qué resulta más fácil quemar astillas de madera que un tronco de leña? Razona la respuesta. Porque en las astillas hay más superficie reactiva de contacto con el oxígeno del aire que en un tronco de leña.
Puesto que 60 g es la tercera parte de 180 g, se obtendrá también una tercera parte de etanol, es decir, 92 / 3 = 30,6 g de etanol. 20
Al sumergir una moneda de 10 céntimos de euro en ácido nítrico (HNO3) diluido, se produce una reacción y se observa que el vaso se calienta. ¿De qué tipo de reacción se trata desde el punto de vista energético? Se trata de una reacción exotérmica.
150kg 15 0kg CaO
comprobaremos que a partir de 150 kg de cal c al viva, podrán obtenerse 267,8 kg de calcita y se necesitarán 117,8 kg de CO2. 19
Energía y velocidad en las reacciones
¿Cuáles son los principales gases de efecto invernadero?
Son básicamente agua H2O, dióxido de carbono CO2, metano CH4 y ozono O3. 28
¿Cómo se produce la lluvia ácida? Busca información acerca de los efectos que puede producir en el suelo, en la vegetación y en el medio acuoso. Ver apartado 6.2.2. de la página 151 del libro del alumno.
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Teniendo en cuenta que, en las reacciones de combustión de hidrocarburos, el número de moléculas de CO 2 que se producen es igual al número de átomos de C presentes en la fórmula del hidrocarburo, ¿qué combustión causa más emisiones de CO2, la del metano (gas natural, CH4) o la del butano (C4H10)? Las moléculas de CO2 que se liberan equivalen al número de átomos de carbono presentes en el hidrocarburo. Por tanto, se libera más cantidad de dióxido de carbono en la combustión del butano que en la del metano o gas natural.
622,2 g de hierro
=
Física y Química 2º ESO
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