Mòdulo de aprendizaje

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  Datos del módulo: INTEGRANTES María José Oviedo Castro  Angie Tatiana Moreno Santiago GRADO: 10-2 GENERALIDADES: En este módulo hablaremos acerca de balanceo por oxido reducción, Estequiometria, Reactivo limite y porcentaje de rendimiento de ecuaciones, sus objetivos, definiciones, procesos, ejemplos y algunos ejercicios para poner en práctica lo aprendido.
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  OBJETIVOS:  Conocer acercade cada uno de estos métodos.  Realizar de forma correcta los ejercicios.  Resolver dudas y preguntas sobre los mismos. BALANCEO POR OXIDO REDUCCIÒN INTRODUCCIÓN Las reacciones de óxido-reducción, son reacciones químicas importantes que están presentes en nuestro entorno. La mayoría de ellas nos sirven para generar energía. Todas las reacciones de combustión son de óxido reducción. Este tipo de reacciones se efectúan, Todas las reacciones de combustión son de óxido reducción. Este tipo de reacciones se efectúan, cuando se quema la gasolina al accionar el motor de un automóvil, en la incineración de residuos sólidos, farmaceúticos y hospitalarios; así como, en la descomposición de sustancias orgánicas de los tiraderos a cielo abierto, los cuales generan metano que al estar en
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  contacto con eloxígeno de la atmósfera se produce la combustión. Este método se basa en analizar por separado dos reacciones que son las reacciones de oxidación y las reacciones de reducción, las cuales se balancean y una vez estén balanceadas se suman con el fin de obtener la ecuación final balanceada, para lograr balancear por este método se deben seguir los siguientes pasos: 1. Escriba la ecuación a balancear 2. Escriba los estados de oxidación de todos los elementos que tiene la reacción. 3. Escriba los elementos que cambian de estado de oxidación mostrando su estado de oxidación antes y después de la reacción. 4. Se determina el elemento que gana electrones en la reacción y luego se escribe una reacción química con el elemento en cuestión, esta sería la semireacción de reducción. 5. Se determina el elemento que pierde electrones en la reacción y luego se escribe una reacción química con el elemento en cuestión, esta sería la semireacción de oxidación. 6. Balancee la semireacción de reducción. 7. Balancee la semireacción de oxidación. 8. Balancee las cargas en las semireacciones de oxidación y reducción. 9. Todas las especies químicas que hay en la semireacción de reducción deben multiplicarse por el número de electrones
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  que hay enla semireacción de oxidación y viceversa es decir todas las especies químicas que hay en la semireacción de oxidación deben multiplicarse por el número de electrones que hay en la semireacción de reducción. 10. Sume las dos semireacciones. 11. Si en ambos lados de la ecuación se encuentran especies químicas iguales se anulan la misma cantidad de esta especie a lado y lado de la ecuación hasta que en alguno de los lados no haya más de esta especie química en cuestión que cancel. 12. Simplifique la ecuación química lo más posible. 13. Verificar si la ecuación química quedo balanceada tanto en cargas como en masa. 14. Se trasladan los coeficientes a la ecuación original. 15. Verificar el balanceo y en caso encontrarse diferencias se realiza un pequeño tanteo. EJEMPLO: Balancear por el método de óxido-reducción la siguiente ecuación siguiendo el método anterior: Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → K2CrO4 + H2O+KCl + K2SO4 1. Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → K2CrO4 + H2O + KCl + K2SO4 2. Cr2 +3 (S+6 O4–2 )3 + K+1 O-2 H+1 + K+1 Cl+5 O3 -2 →K2 +1 Cr+6 O4 -2 + H2 +1 O-2 + K+1 Cl-1 + K2 +1 S+6 O4 -2 3. Cr+3 → Cr+6 Cl+5 → Cl– 4. Cl+5 → Cl– Reacción de reducción 5. 2Cr+3 → Cr+6 Reacción de oxidación 6. Cl+5 → Cl– Esta semireacción tiene balanceado el cloro así que no se hace nada 7. 2Cr+3 → Cr+6 Se balancea esta semireacción de la siguiente manera . 2Cr+3 → 2Cr+6
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  8. Cl+5 + 6e– →Cl– Balanceadaslas cargas de la semireacción de reducción. . 2Cr+3 →2 Cr+6 + 6e– Balanceadas las cargas de la semireacción de oxidación 9. 6Cl+5 + 36 e– → 6 Cl– 12Cr+3 → 12 Cr+6 + 36 e– 10. 6Cl+5 + 36e– + 12Cr+3 → 6Cl– + 12Cr+6 + 36 e– 11. 6 Cl+5 + 12 Cr+3 → 6 Cl– + 12 Cr+6 12. Cl+5 + 2 Cr+3 → Cl– + 2 Cr+6 13. Cl+5 + 2 Cr+3 → Cl– + 2 Cr+6 Esta balanceada en cargas y en masa. 14. Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → 2 K2CrO4 + H2O +KCl + K2SO4 15. Cr2(SO4)3 + KOH + KClO3 → 2 K2CrO4 + H2O +KCl + K2SO4 EJERCICIOS PARA RESOLVER: 1. KMnO 4 + H 2SO 4 + FeSO 4 K 2SO 4 + MnSO 4 + Fe 2(SO 4 ) 3 + H 2 O 2. K 2Cr 2 O7 + HI + HClO 4 KClO 4 + Cr(ClO 4 ) 3 + I 2 + H 2 O 3. AgNO 3 + FeSO 4 Fe 2(SO 4 ) 3 + Fe(NO 3 ) 3. AgNO 2 + Ag 3 + FeSO 4 Fe 2(SO 4 ) 3 + Fe(NO 3 ) 2 + Ag 4. NaCl + MnO 2 + H 2SO 4 NaHSO 4 + MnSO 4 + Cl 2 + H 2º 5. CH 4 + O 2 CO 2 + H 2O 6. HNO3 + H 2S NO + S + H 2 O 7. K 2Cr 2 O7 + SnCl 2 CrCl 3 + SnCl4
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  Estequiometria ESTEQUIOMETRIA.- Parte dela química que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en una reacción química. Estas relaciones puede ser: mol-mol mol-gramos gramos-gramos mol-volumen
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  volumen-gramos volumen-volumen La parte centralde un problema estequiométrico es el FACTOR MOLAR cuya fórmula se muestra a continuación. FACTOR MOLAR = [ MOLES DE LA SUSTANCIA DESEADA MOLES DE LA SUSTANCIA DE PARTIDA ] Los datos para el factor molar se obtienen de los COEFICIENTES DE LA ECUACIÓN BALANCEADA. Cuando se ha ajustado una ecuación, los coeficientes representan el número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos. Cuando una ecuación está ajustada, la estequiometría se emplea para saber las moles de un producto obtenidas a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación ajustada. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o más
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  reactivos, para conseguirque reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante. Reactivo limitante Cuando una reacción se detiene porque se acaba uno de los reactivos, a ese reactivo se le llama reactivo limitante. Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reacción química se le conoce con el nombre de reactivo limitante pues determina o limita la cantidad de producto formado. Reactivo limitante es aquel que se encuentra en defecto basado en la ecuación química ajustada. Ejemplo 1: Para la reacción: ¿Cuál es el reactivo limitante si tenemos 10 moléculas de hidrógeno y 10 moléculas de oxígeno? Necesitamos 2 moléculas de H2 por cada molécula de O2 Pero tenemos sólo 10 moléculas de H2 y 10 moléculas de O2.
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  La proporción requeridaes de 2 : 1 Pero la proporción que tenemos es de 1 : 1 Es claro que el reactivo en exceso es el O2 y el reactivo limitante es el H2 Como trabajar con moléculas es lo mismo que trabajar con moles. Si ahora ponemos 15 moles de H2 con 5 moles de O2 entonces como la estequiometría de la reacción es tal que 1 mol de O2 reaccionan con 2 moles de H2, entonces el número de moles de O2 necesarias para reaccionar con todo el H2 es 7,5, y el número de moles de H2 necesarias para reaccionar con todo el O2 es 10. Es decir, que después que todo el oxígeno se ha consumido, sobrarán 5 moles de hidrógeno. El O2 es el reactivo limitante Una manera de resolver el problema de cuál es el reactivo es el limitante es: Calcular la cantidad de producto que se formará para cada una de las cantidades que hay de reactivos en la reacción. El reactivo limitante será aquel que produce la menor cantidad de producto. Ejemplo 3:
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  Considere la siguientereacción: Supongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán? 1) Primero tendremos que convertir los gramos de reactivos en moles: 637,2 g de NH3 son 37,5 moles 1142 g de CO2 son 26 moles 2) Ahora definimos la proporción estequiométrica entre reactivos y productos:  a partir de2 moles de NH3 se obtiene1 mol de (NH2)2CO  a partir de 1 mol de CO2 se obtiene 1 mol de (NH2)2CO 3) Calculamos el número de moles de producto que se obtendrían si cada reactivo se consumiese en su totalidad:  a partir de37,5 moles de NH3 se obtienen 18,75 moles de (NH2)2CO  a partir de 26 moles de CO2 se obtienen 26 moles de (NH2)2CO 4) El reactivo limitante es el (NH3) y podremos obtener como máximo 18.75 moles de urea.
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  5) Y ahorahacemos la conversión a gramos: 18,75 moles de (NH2)2CO son 1125 g. Se cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que se consumen totalmente los reactivos, o al menos el reactivo limitante. La cantidad real obtenida del producto, dividida por la cantidad teórica máxima que puede obtenerse (100%) se llama rendimiento. Rendimiento teórico La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción, se conoce con el nombre de rendimiento teórico. A la cantidad de producto realmente formado se le llama simplemente rendimiento o rendimiento de la reacción. Es claro que siempre se cumplirá la siguiente desigualdad Rendimiento de la reacción ≦ rendimiento teórico Razones de este hecho:  es posible que no todos los productos reaccionen
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   es posibleque haya reacciones laterales que no lleven al producto deseado  la recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible Una cantidad que relaciona el rendimiento de la reacción con el rendimiento teórico se le llama rendimiento porcentual o % de rendimiento y se define así: Ejemplo: La reacción de 6,8 g de H2S con exceso de SO2, según la siguiente reacción, produce 8,2 g de S. ¿Cual es el rendimiento? (Pesos Atómicos: H = 1,008, S = 32,06, O = 16,00). En esta reacción, 2 moles de H2S reaccionan para dar 3 moles de S. 1) Se usa la estequiometría para determinar la máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6,8 g de H2S. (6,8/34) x (3/2) x 32 = 9,6 g 2) Se divide la cantidad real de S obtenida por la máxima teórica, y se multiplica por 100.
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  (8,2/9,6) x 100= 85,4% Reactivo limitante Es aquel reactivo concreto de entre los que participan en una reacción cuya cantidad determina la cantidad máxima de producto que puede formarse en la reacción. Proporción de reacción Cantidades relativas de reactivos y productos que intervienen en una reacción. Esta proporción puede expresarse en moles, milimoles o masas. Rendimiento real Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una reacción dada. Compárese con rendimiento teórico. Rendimiento teórico Cantidad máxima de un producto específico que se puede obtener a partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo que el reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra una sola reacción y se recupere totalmente el producto. Compárese con rendimiento. EJERCICIOS PROPUESTOS: 1.El carburo de silicio, SiC, se conoce por el nombre común de carborundum. Esta sustancia dura, que se utiliza comercialmente como abrasivo, se prepara calentando SiO2 y C a temperaturas elevadas: SiO2(s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)
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  ¿Cuántos gramos deSiC se pueden formar cuando se permite que reaccionen 3.00 g de SiO2 y 4.50 g de C? A.2.00 g B.3.00 g C.5.01 g D.15.0 g 2.El cloruro de calcio reacciona con nitrato de plata para producir un precipitado de cloruro de plata: CaCl2(aq) + 2 AgNO3(aq) AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq) 3.En un experimento se obtienen 1.864 g de precipitado. Si el rendimiento teórico del cloruro de plata es 2.45 g. ¿Cuál es el rendimiento en tanto por ciento? 58.6% 30.0% 76.1% 131.0% 4. Cuando se prepara H2O a partir de hidrógeno y oxígeno, si se parte de 4.6 mol de hidrógeno y 3.1 mol de oxígeno, ¿cuántos moles de agua se pueden producir y qué permanece sin reaccionar? se producen 7.7 mol de agua y quedan 0.0 mol de O2 se producen 3.1 mol de agua y quedan 1.5 mol de O2 se producen 2.3 mol de agua y quedan 1.9 mol de O2 se producen 4.6 mol de agua y quedan 0.8 mol de O2
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  5. ¿Qué masade cloruro de plata se puede preparar a partir de la reacción de 4.22 g de nitrato de plata con 7.73 g de cloruro de aluminio? (No olvide balancear la reacción). AgNO3 + AlCl3 Al(NO3)3 + AgCl 5.44 g 3.56 g 14.6 g 24.22 g 6. En la reacción 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO, ¿cuántos gramos de HNO3 se pueden formar cuando se permite que reaccionen 1.00 g de NO2 y 2.25 g de H2O? 0.913 g 0.667 g 15.7 g 1.37 g 7. En la reacción: Fe(CO)5 + 2PF3 + H2 Fe(CO)2(PF3)2(H)2 + 3CO ¿Cuántos moles de CO se producen a partir de una mezcla de 5.0 mol de Fe(CO)5, 8.0 mol PF3, y 6.0 mol H2? 9 mol 24 mol 12 mol 16 mol