Soluciones

7 Distintos tipos de reacciones químicas
E J E R C I C I O S
P R O P U E S T O S
7.1 ¿Qué diferencias hay entre una descomposición térmica y otra por electrólisis?
En una descomposición térmica se suministra la energía en forma de calor y los productos pueden ser elementos o compuestos.
En una descomposición por electrólisis interviene energía eléctrica, y los productos son elementos la mayoría de las veces.
7.2 Indica si los reactivos en una reacción de descomposición son elementos o compuestos. ¿Y los productos?
En una reacción de descomposición solo hay un reactivo, que siempre es un compuesto. Los productos pueden ser: dos elementos, un
elemento y un compuesto o dos compuestos.
7.3 La reacción entre el ácido clorhídrico y el cinc produce dicloruro de cinc e hidrógeno.
HCl (aq) ⴙ Zn (s) → ZnCl2 (aq) ⴙ H2 (g)
¿Es una reacción de síntesis? ¿Por qué?
No, porque en una reacción de síntesis siempre se forma un solo producto.
7.4 ¿Qué tipo de productos se esperaría obtener de las reacciones de síntesis siguientes?
a) Magnesio y oxígeno.
b) Nitrógeno e hidrógeno.
a) Óxido de magnesio, según la reacción 2 Mg O2 → 2 MgO.
b) Amoníaco, según la reacción N2 3 H2 → 2 NH3.
7.5 Indica si, en una reacción de sustitución simple, los reactivos y los productos son elementos o compuestos.
Los reactivos son siempre un elemento y un compuesto. Los productos también son un elemento y un compuesto, pero distintos a los
iniciales.
7.6 ¿Es de sustitución la reacción siguiente?
CH4 (g) ⴙ 2 O2 (g) → CO2 (g) ⴙ 2 H2O (l)
En ella, como en las reacciones de sustitución, dos reactivos producen dos compuestos. Sin embargo, ningún elemento sustituye o se
intercambia con otro. Por tanto, no es una reacción de sustitución.
7.7 De las siguientes reacciones, ¿cuáles son de sustitución simple y cuáles de doble?
a) Pb(NO3)2 (aq) ⴙ 2 NaI (aq) → PbI2 (s) ⴙ 2 NaNO3 (aq)
b) Na (s) ⴙ 2 H2O (l) → 2 NaOH (aq) ⴙ H2 (g)
c) NaOH (s) ⴙ H2SO4 (aq) → Na2SO4 (aq) ⴙ H2O (l)
La a) y la c) son de sustitución doble.
La b) es de sustitución simple.
7.8 Indica qué son el combustible y el comburente en las reacciones de combustión.
El combustible es la sustancia que contiene la energía, que luego se desprende. El comburente es el oxígeno.
7 Distintos tipos de reacciones químicas
7.9 Las reacciones de combustión comienzan con un aporte energético, pero ¿son exotérmicas o endotérmicas? ¿Por qué?
Son exotérmicas, porque en ellas se desprende energía. Aunque se tenga que aportar una energía inicial, teniendo en cuenta el
proceso global, se desprende energía.
7.10 Calcula la energía que se produce en la combustión de 1 kg de butano (C4 H10) según la reacción:
C4H10 (g) ⴙ 13/2 O2 (g) → 4 CO2 (g) ⴙ 5 H2O (l) ⴙ 2 876,9 kJ
Ecuación química ajustada
y proporción en moles
C4H10 (g)
1 mol
13/2 O2 (g)
→ 4 CO2 (g)
13/2 mol
4 mol
El dato, 1 000 g de CH4,
se expresa en moles
1 000 (g de C4H10)
17,2 mol de CH4
58 (g/mol)
Nueva proporción en moles
con el dato.
13
17,2 mol
4 17,2 mol
2
17,2 (mol de C4H10) 2 876,9 (kJ/mol) 49 483 kJ
17,2 mol
5 H2O (l)
2 876,9 kJ
5 mol
5 17,2 mol
Se producen 49 483 kJ.
7.11 Cuando tenemos acidez al hacer la digestión, ¿qué tipo de sustancias nos recetan los médicos? ¿Por qué?
Recetan antiácidos, porque son bases que neutralizan la acción de los ácidos.
7.12 Clasifica en ácidos o bases las siguientes sustancias:
Zumo de limón, lejía, bicarbonato de sodio, jabón, salfumán, refresco de cola, aceite de oliva, sosa para
blanquear.
Son ácidos: zumo de limón, salfumán, refresco de cola y aceite de oliva. Son bases: lejía, bicarbonato, jabón y sosa.
7.13 Para averiguar si una muestra de roca es caliza, se echa un líquido con un cuentagotas, y se observa
que provoca la aparición de burbujas. ¿Qué crees que será, un ácido o una base? ¿En qué te basas para
decirlo?
Será un ácido, ya que una propiedad de los ácidos es que reaccionan con los carbonatos (la piedra caliza es carbonato de calcio),
produciendo dióxido de carbono gaseoso.
7.14 Sabiendo que no debes utilizar el sabor ni el tacto, ¿qué propiedades utilizarías para averiguar si un líquido es ácido o base?
Se pueden verter unas gotas del líquido sobre un trozo de roca caliza. Si se desprenden burbujas (dióxido de carbono), es un
ácido.
7.15 Según Arrhenius, ¿cuáles son los iones característicos de las disoluciones acuosas de ácidos y de bases?
Para los ácidos: H (aq). Para las bases: OH (aq).
7.16 ¿Cuándo decimos que un ácido o base es fuerte o débil?
Un ácido o base es fuerte cuando la mayor parte de sus moléculas se disocia en sus iones. Es débil cuando solo se disocia una
pequeña parte de sus moléculas.
7 Distintos tipos de reacciones químicas
7.17 Completa en tu cuaderno las disociaciones en agua de estas sustancias y señala si son ácidos o bases.
a) HNO3
agua
H (aq) NO3 (aq)
b) Ca(OH)2
agua
Ca2 (aq) 2 OH (aq)
7.18 ¿Qué se puede decir acerca de la acidez o basicidad de una solución que, al impregnar una tira de
indicador universal, da color naranja?
Que es un ácido porque el color naranja corresponde a un pH de entre 3 y 4, dentro del intervalo ácido del pH.
7.19 Una disolución tiene un pH ⴝ 10. Indica si la concentración de iones Hⴙ (aq) en la disolución será
mayor o menor que la concentración de iones OHⴚ (aq).
Un pH 10 corresponde a una base, y en las bases, la concentración de iones H (aq) es menor que la de OH (aq).
7.20 Escribe la ecuación química que representa la neutralización entre dos disoluciones, una de HClO4 y otra
de KOH. Señala los iones que no intervienen, los que sí lo hacen y la ecuación iónica neta.
HClO4 (aq) KOH (aq) → KClO4 (aq) H2O (l)
Como son un ácido y una base fuerte, están completamente disociados. Por tanto, podemos representar la ecuación química anterior
en su forma iónica:
H (aq) ClO4 (aq) K (aq) OH (aq) → K (aq) ClO4 (aq) H2O (l)
Los iones K (aq) y ClO4 (aq) pueden eliminarse, porque están en ambos miembros y no intervienen en la reacción. Se obtiene así la
reacción neta de neutralización entre un ácido y una base.
H (aq) OH (aq) → H2O (l)
7.21 ¿Cuántos moles de ácido y de base intervienen en la reacción de neutralización entre 50 mL de NaOH
0,1 mol/L y 50 mL de HNO3, también 0,1 mol/L. ¿Qué pH tendrá la disolución resultante?
Moles de ácido: 0,1 (mol/L) 0,05 (L) 0,005 mol de HClO4
Moles de base: 0,1 (mol/L) 0,05 (L) 0,005 mol de KOH
La reacción es: HNO3 (aq) NaOH (aq) → NaNO3 (aq) H2O (l)
Por tanto, 1 mol de ácido reacciona con 1 mol de base. En la situación del problema, reaccionarán 0,005 mol de HNO3 con 0,005 mol
de NaOH.
Por tanto, el pH será neutro, ya que todos los moles de H (aq) se neutralizan con los de OH (aq).
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7.22 ¿Qué métodos de conservación se han utilizado tradicionalmente para conservar los alimentos?
La fermentación natural y la acidificación directa.
7.23 ¿Qué dos métodos combinan los enlatados para impedir que se desarrolle el Clostridium botulinum?
Combinan la acidificación de los alimentos y el tratamiento térmico, elevando la temperatura.
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7.24 En la descomposición térmica de la caliza (CaCO3) se produce un compuesto binario sólido y un gas.
Escribe la ecuación química que la representa.
CaCO3 (s) → CaO (s) CO2 (g)
7.25 El óxido de aluminio, Al2O3, se descompone por electrólisis. ¿Qué productos se formarán? Escribe la ecuación química ajustada que representa dicho proceso.
Se formará aluminio, en principio líquido, y oxígeno. La ecuación de la reacción es:
2 Al2O3 (l)
energia eléctrica
4 Al (l) 3 O2 (g)
7.26 Completa en tu cuaderno las siguientes ecuaciones químicas, que representan a reacciones de síntesis.
Ajústalas.
a) Cu (s) ⴙ O2 (g) →
b) CaO (s) ⴙ H2O (l) →
c) N2 (g) ⴙ O2 (g) →
d) K2O (s) ⴙ SO2 (g) →
a) 2 Cu (s) O2 (g) → 2 CuO (s)
b) CaO (s) H2O (l) → Ca(OH)2 (aq)
c) N2 (g) O2 (g) → 2 NO (g)
d) K2O (s) SO2 (g) → K2SO3 (s)
7.27 ¿A qué tipo de reacciones corresponde cada uno de los siguientes esquemas?
a) A ⴙ BC → AC ⴙ B
b) A → B ⴙ C
c) AB ⴙ CD → AD ⴙ CB
d) A ⴙ B → C
a) De sustitución simple.
b) De descomposición.
c) De doble sustitución.
d) De síntesis.
7.28 Una reacción de sustitución viene representada por esta ecuación química:
Pb(NO3)2 (aq) ⴙ 2 NaI (aq) → PbI2 (s) ⴙ 2 NaNO3 (aq)
a) ¿Es de sustitución simple o doble?
b) ¿Qué elementos se sustituyen o intercambian?
a) Es de doble sustitución.
b) Se intercambian el plomo y el sodio.
7.29 El propano (C3H8) es un gas que se utiliza como combustible doméstico e industrial. Escribe su reacción
de combustión.
C3H8 (g) 5 O2 (g) → 3 CO2 4 H2O Energía
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7.30 Indica si estas sustancias son ácidas o básicas.
a) Detergente.
d) Agua de mar.
b) Refresco de cola.
e) Leche.
c) Sangre.
f) Agua carbonatada.
a) Básica; pH alrededor de 10.
d) Básica; pH 7-8,3.
b) Ácida; pH 4,8-7.
e) Ácida; pH 6,4.
c) Básica; pH 7,4.
f) Ácida; pH 4.
7.31 El cloruro de hidrógeno, HCl (g), en disolución acuosa se denomina ácido clorhídrico y es un ácido fuerte. ¿Cuál de las siguientes representaciones es la más adecuada para este ácido? ¿Por qué?
a)
b)
c)
-
-
La representación más adecuada es la c), porque el cloruro de hidrógeno es un ácido fuerte y, por tanto, todas sus moléculas están disociadas en solución acuosa.
7.32 El ácido acético, cuya fórmula se simplifica como HAc, en disolución acuosa es un ácido débil. ¿Qué representación simbólica es la más adecuada para una disolución de este ácido? Explícalo.
a)
b)
c)
-
-
La representación más adecuada es la b), porque el ácido acético es un ácido débil y, por tanto, solo algunas moléculas están disociadas en solución acuosa.
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7.33 Clasifica las siguientes reacciones.
a) Li2O (s) ⴙ CO2 (g) → Li2CO3 (s)
b) 2 HgO (s) → 2 Hg (l) ⴙ O2 (g)
c) N2 (g) ⴙ 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
d) CuCl2 (aq) ⴙ Zn (s) → Cu (s) ⴙ ZnCl2 (aq)
e) BaCl2 (aq) ⴙ Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) ⴙ 2 NaCl (aq)
a) Síntesis.
b) Descomposición.
c) Síntesis.
d) Sustitución simple.
e) Sustitución doble.
7.34 Escribe la disociación iónica de las disoluciones acuosas de los siguientes ácidos y bases.
a) H2CO3
b) H3PO4
c) Al(OH)3
d) Sr(OH)2
a) H2CO3 (aq)
agua
2 H (aq) CO32 (aq)
b) Al(OH)3 (s)
agua
Al3 (aq) 3 OH (aq)
c) H3PO4 (l)
agua
3 H (aq) PO43 (aq)
d) Sr(OH)2 (s)
agua
Sr2 (aq) 2 OH (aq)
7.35 Señala las afirmaciones correctas sobre la sal sulfato de sodio, Na2SO4 (s).
a) En disolución acuosa está disociada.
b) Procede de la reacción entre el Na2O y el H2SO4.
c) Procede de la reacción entre el NaOH y el SO3.
d) Procede de la reacción entre el NaOH y el H2SO4.
Son correctas la a), ya que las sales están disociadas en agua, y la d), porque proviene de la reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio.
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7.36 ¿De qué ácido e hidróxido proceden estas sales?
a) MgCl2
b) CuS
c) BaCO3
d) K2SO3
a) Proviene de la reacción entre el HCl y el Mg(OH)2.
b) Proviene de la reacción entre el H2S y el Cu(OH)2.
c) Proviene de la reacción entre el H2CO3 y el Ba(OH)2.
d) Proviene de la reacción entre el H2SO3 y el KOH.
7.37 Al disolver hidróxido de bario, Ba(OH)2 (s), en agua:
a) ¿La disolución resultante será ácida o básica?
b) ¿Su pH será mayor o menor que 7?
c) ¿Qué color adquieren el papel indicador universal y la fenolftaleína en contacto con dicha disolución?
a) Será una disolución básica, porque en la disociación se forman iones OH.
b) Su pH será mayor que 7.
c) El papel indicador se vuelve azulado. La fenolftaleína se vuelve rosa.
7.38 Al disolver ácido perclórico, HClO4, en agua:
a) ¿La disolución resultante será ácida o básica?
b) ¿Su pH será mayor o menor que 7?
c) ¿Qué color adquieren el papel indicador universal y la fenolftaleína en contacto con dicha disolución?
a) Será una disolución ácida, porque en la disociación del ácido se forman iones H (aq).
b) Su pH será menor que 7.
c) El papel indicador se vuelve rojo. La fenolftaleína permanece incolora.
7.39 Indica si las expresiones, “un ácido es fuerte” y “un ácido está muy concentrado” tienen el mismo
significado. Razona la respuesta.
No significan lo mismo. Un ácido es fuerte si muchas de sus moléculas están disociadas al disolverlo en agua, mientras que un ácido
muy concentrado tiene mucha cantidad de ácido (soluto) disuelta por litro de disolución.
7.40 Consulta la página web www.e-sm.net/fq3eso12 y, a continuación, contesta a las siguientes preguntas.
a) ¿Qué enzima se encarga de romper las proteínas durante la digestión? ¿Qué tipo de pH debe darse para
que la enzima pueda actuar?
b) En la oxidación de los metales, ¿quién gana electrones y quién pierde? ¿Qué iones se forman?
a) Se trata de la pepsina, segregada por el estómago. Esta enzima necesita que el pH sea ácido para poder actuar.
b) En la oxidación de metales, el oxígeno gana electrones y queda como O2, y el metal los pierde, quedando como M, M2… según su valencia.
7 Distintos tipos de reacciones químicas
7.41 Indica qué dibujo representa mejor esta reacción de neutralización:
2 HCl (aq) ⴙ Ca(OH)2 (aq) → CaCl2 (aq) ⴙ 2 H2O (l)
a)
-
b)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
El dibujo que representa mejor la reacción es el b), porque los reactivos son ácidos y bases fuertes, y en disolución acuosa están disociados en sus iones.
7.42 Escribe la ecuación química de la neutralización entre una disolución de H2SO4 y otra de NaOH. Señala
los iones que no intervienen, los que sí lo hacen y la ecuación iónica neta.
La ecuación química es:
H2SO4 (aq) 2 KOH (aq) → K2SO4 (aq) 2 H2O (l)
Y la ecuación iónica correspondiente:
2 H (aq) SO42 (aq) 2 Na (aq) 2 OH (aq) → 2 Na (aq) SO42 (aq) 2 H2O (l)
Iones que no intervienen: Na (aq) y SO42 (aq)
Iones que intervienen: H y OH
Ecuación iónica neta:
2 H (aq) 2 OH (aq) → 2 H2O (l)
7.43 En la reacción de sustitución simple:
2 Fe2O3 (s) ⴙ 3 C (s) → 4 Fe (s) ⴙ 3 CO2 (g)
a) ¿Cuántos gramos de hierro se formarán si reaccionan 1 280 kg de óxido de hierro (III)?
b) ¿Qué cantidad de carbono se habrá utilizado?
Ecuación ajustada y proporción
en moles
El dato, 1 280 000 g de Fe2O3, se
expresa en moles
Nueva proporción en moles
con el dato
Se convierten las cantidades
en masa
a) Se formarán 896 kg de Fe.
b) Se habrán utilizado 144 kg de C.
2 Fe2O3 (s)
2 mol
3 C (s)
→
4 Fe (s)
3 mol
4 mol
3 CO2 (g)
3 mol
1 (mol de Fe2O3)
x
→ x 8 010 mol de Fe2O3
159,8 (g )
1 280 000 (g)
2 Fe2O3 (s)
8 010 mol
3 C (s)
→
12 015 mol
4 Fe (s)
16 020 mol
12 015 (mol de C) 12 (g/mol) 144 000 g
16 020 (mol de Fe) 55,9 (g/mol) 896 000 g
3 CO2 (g)
12 015 mol
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PA R A
P E N S A R
M Á S
7.44 ¿Cuántos moles de ácido y de base intervienen en la reacción entre 50 mL de NaOH de 0,1 mol/L y 70 mL
de HNO3, con la misma concentración? ¿Qué pH tendrá la disolución resultante, ácido, básico o neutro?
¿Por qué?
Moles de ácido: 0,1 (mol/L) 0,07 (L) 0,007 mol de HNO3
Moles de base: 0,1 (mol/L) 0,05 (L) 0,005 mol de NaOH
La ecuación de la reacción es:
HNO3 (aq) NaOH (aq) → NaNO3 (aq) H2O (l)
Se observa que 1 mol de ácido reacciona con 1 mol de base. En la situación del problema, reaccionarán 0,005 mol de HNO3 con 0,005 mol
de KOH. Por tanto, el pH será ácido, ya que quedan 0,002 moles de H (aq) que no son neutralizados.
7.45 El ácido sulfúrico es un ácido fuerte, que está completamente disociado en disolución acuosa. ¿Qué concentración de iones Hⴙ (aq) habrá en disolución si la concentración del ácido es 2 mol/L?
agua
H2SO4 (aq)
1 mol
2 H (aq) 2 mol
SO42 (aq)
1 mol
Como 1 mol de ácido produce 2 mol de iones H (aq), 2 mol en 1 L de disolución producirán una concentración de 4 mol/L de iones
H (aq).
7.46 ¿Qué concentración de iones OHⴚ hay en una disolución acuosa de Ba(OH)2 que es 0,5 mol/L?
Ba(OH)2
agua
1 mol
2 OH (aq) 2 mol
Ba2
1 mol
Como 1 mol de base produce 2 mol de iones OH , 0,5 mol de base en 1 L de disolución producirán 1 mol de iones OH en 1 L de
disolución.
7.47 Se han preparado 500 mL de una disolución de NaOH en agua con 120 g de hidróxido. Calcula la concentración molar de iones OHⴚ en la disolución.
120 (g de NaOH)
40 (g de NaOH)
⇒ x 3 mol de NaOH
x
1 (mol)
3 (mol de NaOH)
Concentración molar → x 6 mol/L
0,5 (L)
La concentración de iones OH será también de 6 mol/L, porque el hidróxido está completamente disociado.
7.48 Calcula el volumen que se necesita de una disolución de KOH cuya concentración es 0,5 mol/L, para que
neutralice totalmente 20 mL de otra disolución de H2SO4 0,2 M.
Ecuación química ajustada
y proporción en moles
Se calcula la cantidad de moles
de H2SO4 que intervienen
Se establece la nueva proporción
en moles con el dato obtenido
Se calcula la nueva relación de
volumen para el KOH
con el dato obtenido
Se necesitan 16 mL de disolución de KOH.
2 KOH (aq)
2 mol
H2SO4 (aq)
→
1 mol
K2SO4 (aq)
1 mol
2 H2O (l)
2 mol
0,2 (mol de H2SO4)
x (mol de H2SO4)
⇒ x 0,004 mol de H2SO4
1 (L de disolución)
2 KOH (aq)
2 0,004 mol
H2SO4 (aq)
0,004 mol
→
K2SO4 (aq)
0,004 mol
0,5 (mol de KOH)
2 0,004 (mol)
⇒ x 0,016 L
1 (L de disoluc ión)
x (L de disolución)
2 H2O (l)
2 0,004 mol
7 Distintos tipos de reacciones químicas
7.49 Averigua la concentración que debe tener una disolución de H2SO4 para que 50 mL de la misma neutralicen 40 mL de otra de hidróxido sódico 0,4 M.
Ecuación química ajustada
y proporción en moles
Se calcula la cantidad de moles
de NaOH que intervienen
Se establece la nueva proporción
en moles con el dato obtenido
Se calcula la concentración
en mol/L para el H2SO4
H2SO4 (aq)
1 mol
2 NaOH (aq)
→
2 mol
Na2SO4 (aq)
1 mol
2 H2O (l)
2 mol
0,4 (mol de NaOH)
x
⇒ x 0,016 mol de NaOH
1 (L de disolución)
H2SO4 (aq)
0,008 mol
2 NaOH (aq)
→
0,016 mol
Na2SO4 (aq)
0,008 mol
2 H2O (l)
0,016 mol
0,008 (mol de H2SO4) x ⇒ x 0,016 mol de H SO
2
4
1 (L de disolución)
La concentración de la disolución de H2SO4 debe ser de 0,16 mol/L.
7.50 Una disolución acuosa de HNO3 se neutraliza con 50 mL de NaOH de concentración 16 g/L.
a) Calcula la concentración de la base en mol/L.
b) Si se han empleado 20 mL de ácido, ¿qué concentración en mol/L tiene el ácido?
1 (mol de NaOH)
x
a) ⇒ x 0,4 mol de NaOH
40 (g)
16 (g)
La concentración de NaOH es de 0,4 mol/L.
b)
Ecuación química ajustada
y proporción en moles
Se calcula la cantidad de moles
de NaOH que intervienen
Se establece la nueva proporción
en moles con el dato obtenido
Se calcula la concentración
en mol/L para el HNO3
La concentración de HNO3 es de 1 mol/L.
HNO3 (aq)
1 mol
NaOH (aq)
→
1 mol
NaNO3 (aq)
1 mol
H2O (l)
1 mol
x
0,4 (mol de NaOH)
⇒ x 0,02 mol de NaOH
0,050 (L)
1 (L de disolución)
HNO3 (aq)
0,02 mol
NaOH (aq)
0,02 mol
→
NaNO3 (aq)
0,02 mol
0,02 (mol de HNO3) x ⇒ x 1 mol de HNO
3
1 (L)
H2O (l)
0,02 mol
7 Distintos tipos de reacciones químicas
T R A B A J O
1
E N
E L
L A B O R AT O R I O
Escribe y ajusta las reacciones que han tenido lugar. ¿Qué gas es el que se desprende?
Mg 2 HCl → MgCl2 H2
Fe 2 HCl → FeCl2 H2
Zn 2 HCl → ZnCl2 H2
Se desprende hidrógeno.
2
¿Por qué decimos que estas reacciones son de sustitución simple?
Porque en todas ellas, el metal sustituye al hidrógeno del ácido para dar una sal.