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8/11/2019 4esofqc2 Gd Esu11

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1 Programacin de aula* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Sugerencias didcticas y soluciones

Presentacin de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Contenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7

Trabajo en el laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Pon a prueba tus competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Incluye unaMatriz de evaluacin de competencias . . . . . . . . . . 9

3 Actividades de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4Actividades de ampliacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5 Propuestas de evaluacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6Solucionario de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19* Esta programacin y la concrecin curricular de tu comunidad autnoma podrs encontrarlas

en el CD Programacin y en .

4ESO

GU A D I DC T I C A UNIDAD 11

Energa y velocidadde las

reacciones qumicas

C O N T E N I D O


2/322 Unidad 11 Energa y velocidad de las reacciones qumicas

Primero se describe la caracterstica principal de las reacciones qumicas: la ruptura de enlaces y/o la formacin deotros enlaces nuevos. El modelo de colisiones proporciona aporte conceptual a todo el tema y permite argumentar, pre-decir y explicar lo que ocurre dentro de una reaccin qumica.

A continuacin se describen las reacciones endotrmicas y exotrmicas, y se explican los diagramas energticos y lasecuaciones termoqumicas. Un tipo importante de reacciones exotrmicas son las reacciones de combustin, que no

deben confundirse con las de oxidacin. La unidad describe los combustibles y los problemas medioambientales gene-rados con su uso.

La descripcin de la velocidad de las reacciones qumicas utiliza el mismo modelo de colisiones: se establece el con-cepto de velocidad de reaccin. Se estudian a continuacin los factores que influyen en la velocidad de las reaccio-nes, con especial atencin a los catalizadores.

Seguidamente se estudia un tipo especial de reacciones rpidas: las neutralizaciones cido-base, repasando lo esen-cial de las disoluciones cidas y bsicas, y definiendo el pH de una disolucin.Los contenidos estn relacionados con el bloque del currculo oficial,Estructura y propiedades de las sustancias.

Las competencias que se trabajan especialmente en esta unidad sonla competencia en comunicacin lingstica,la com-petencia matemtica, la competencia en el conocimiento y la interaccin con el mundo fsico, el tratamiento de la infor-macin y competencia digital, y l a competencia para aprender a aprender.

Ruptura y formacin de enlaces; balance energtico. Elmodelo de colisiones.

Utilizar grficos y modelos moleculares para repre-sentar la formacin y ruptura de enlaces.

Intercambios energticos en las reacciones qumicas:reacciones exotrmicas y endotrmicas.

Diagramas energticos y ecuaciones termoqumicas.

Realizar e interpretar diagramas energticos.

Reacciones de combustin. Combustibles. Densidad deenerga y energa especfica.

La velocidad de las reacciones qumicas. Medida de lavelocidad de reaccin. Clculos de velocidad.

Reacciones lentas y rpidas: energa de activacin.

Factores de los que depende la velocidad de la reaccin.Concentracin. Temperatura. Superficie de contacto.

Analizar los factores que afectan a la velocidad dereaccin y explicacin de hechos cotidianos.

Reconocer la importancia biolgica e industrial de loscatalizadores.

Catalizadores y su importancia biolgicae industrial. Lasenzimas.

Neutralizacin cido-base: ejemplo de reacciones rpidas.

Medir el pH de diversas sustancias y realizar una neu-tralizacin cido-base.

Unidad 11 Energa y velocidad de las reacciones qumicas

CONTENIDOS

rogramacin de aula

OBJETIVOS CRITERIOS

DE EVALUACINCOMPETENCIAS

BSICAS

1. Empleo del modelo de colisionespara conocer e interpretar losaspectos energticos de las re-acciones qumicas.

1.1. Describir las reacciones endotrmicas yexotrmicas, e interpretar los diagramasenergticos.

1.2. Interpretar las reacciones de combustiny valorar las propiedades y riesgos de loscombustibles.

Competencia en comuni-cacin lingstica.

Competencia matemtica.

Competencia en el conoci-miento y la interaccinconel mundo fsico.

Tratamiento de la informa-cin y competencia digital.

Competencia para apren-der a aprender.

2. Utilizacin del modelo de colisio-nes para conocer e interpretar losaspectos cinticos de las reac-ciones qumicas.

2.1. Conocer el significado de velocidad de re-accin, tanto en funcin de los reactivoscomo de los productos.

2.2. Explicar la influencia de los factores quepueden modificar la velocidad de una re-accin qumica.

3. Descripcin de las propiedades delos cidos y las bases e interpre-tacin de las reacciones de neu-tralizacin.

3.1. Conocer las propiedades de los cidos ylas bases,el conceptode pHy describir lasreacciones de neutralizacin.


3/323Energa y velocidad de las reacciones qumicas Unidad 11

ORIENTACIONES METODOLGICAS

1. Conocimientos previosLos alumnos deben saber que los cambios qumicos implican con frecuencia grandes intercambios de energa y queuna buena parte de los productos qumicos que utilizamos no se encuentran en la naturaleza, sino que hay que fabri-carlos.

Tambin deben recordar que muchas de nuestras acciones habituales, como comer, utilizar un telfono mvil o encen-der un fuego, conllevan la realizacin de reacciones qumicas.

2. Previsin de dificultadesLa principal dificultad para explicar los aspectos energticos y cinticos de las reacciones qumicas es que se hace usode un modelo: el de colisiones. A pesar de que recurre al smil de choques entre molculas, como si fuesen partculasmacroscpicas, es un modelo abstracto.

El concepto de energa de activacin, asociado al modelo de colisiones, tambin es complejo, y se hace necesario uti-lizar smiles ms o menos afortunados. Es complejo para el alumno asociar la rapidez o lentitud de las reacciones qu-micas a la energa de activacin.

Por ltimo, el concepto de pH tiene la dificultad de su definicin utilizando logaritmos, concepto que se describe enla ltima parte del curso de Matemticas de 4. de ESO.

3. Vinculacin con otras reas

Ciencias de la Naturaleza. El mtodo cientfico se utiliza en todas las disciplinas de ciencias: qumica, fsica, biolo-ga, geologa, etc.; por ello, la vinculacin de esta unidad con las Ciencias de la Naturaleza es obvia. Los aspectosenergticos y cinticos de las reacciones qumicas, as como el papel de las enzimas, tienen una relacin directa conlos procesos biolgicos en los seres vivos.

Ciencias Sociales. El descubrimiento de nuevas sustancias qumicas y la mejora de los procedimientos para su obten-cin (controlando aspectos energticos y cinticos) han tenido gran importancia en el desarrollo industrial de los siglosXIX y XX, con gran repercusin en los acontecimientos sociales.

Lengua Castellana y Literatura. Empleo del contexto verbal y no verbal, y de las reglas de ortografa y puntuacin.La lectura comprensiva del texto, as como de los enunciados de los problemas y ejercicios.

Matemticas. Utilizacin de estrategias en la resolucin de problemas y traduccin de expresiones del lenguaje coti-diano, de los enunciados de los problemas, al lenguaje algebraico. Recogida de informacin, presentacin y proce-samiento de datos numricos.

Tecnologa. Manejo de las tecnologas de la informacin y la comunicacin en diferentes proyectos. El estudio de diver-sas reacciones qumicas con aplicaciones tecnolgicas es un objetivo comn entre la ciencia y la tecnologa.

Lengua extranjera. Bsqueda de informacin en otro idioma.

4. TemporalizacinPara el desarrollo de esta unidad se recomienda la organizacin del trabajo en un mnimo de siete sesiones distribui-das del siguiente modo:

Pginas iniciales (una sesin).Lo que vas a aprender.Desarrolla tus competencias.Experimenta.Epgrafes 1 a 6 yResumen (cuatro sesiones). Contenidos. Resolucin de ejercicios propuestos. Resolucin de activida-des. Repasar contenidos.

Trabajo en el laboratorio (una sesin). Explicacin y desarrollo de la prctica.Pon a prueba tus competencias (una sesin).Relaciona con tu entorno.Lee y comprende.Investiga en la red.

5. Sugerencias de actividadesComprobar la influencia de la concentracin de los reactivos en la velocidad de reaccin.

6. Refuerzo y ampliacinLos distintos estilos de aprendizaje y las diferentes capacidades del alumnado pueden precisar de propuestas para afian-zar y reforzar algunos contenidos. Se sugiere realizar las actividades de refuerzo que aparecen en este cuaderno.

La necesidad de atender a alumnos que muestren una destreza especial para la consolidacin de los conceptos de launidad hace preciso el planteamiento de actividades de ampliacin. Se sugiere realizar las actividades de ampliacinque aparecen en este cuaderno.

Programacin de aula



CONTRIBUCIN DE LA UNIDAD A LA ADQUISICIN DE LAS COMPETENCIAS BSICAS

Competencia en comunicacin lingsticaA travs de los textos que se proponen al principio y al cierre de la unidad se trabaja la comunicacin escrita. De estemodo se permiten el conocimiento y la comprensin de diferentes tipos de textos, as como la adquisicin del hbito dela lectura y el disfrute con ella.

En la seccinLee y comprende se trabaja la posible incorporacin de nuevas palabras en el lenguaje del alumno. Asi-mismo se trabaja la recopilacin de informacin, la interpretacin y comprensin de textos, y su escritura.

Competencia matemticaA lo largo de la unidad, los alumnos trabajan continuamente con herramientas relacionadas con la medicin, el clcu-lo de velocidades de reaccin a partir de datos y de grficas, la interpretacin de diagramas energticos y la resolucinde problemas basados en la aplicacin de expresiones matemticas. Muchas de ellas se encuentran en contextos dela vida real.La interpretacin y realizacin de grficos en problemas energticos y cinticos contribuir al desarrollo de esta com-petencia.

Competencia en el conocimiento y la interaccin con el mundo fsicoEn esta unidad se contribuye a la adquisicin de competencia en el conocimiento y la interaccin con el mundo fsicomediante el conocimiento de los aspectos energticos y cinticos de las reacciones qumicas. Asimismo se estudian

reacciones muy usadas en la vida cotidiana, como las reacciones de combustin y las reacciones cido-base.En la seccinPon a prueba tus competencias, la actividad Automviles menos contaminantes propone el estudio de loscatalizadores de los automviles para un mejor cuidado del medioambiente.

Tratamiento de la informacin y competencia digitalA lo largo de toda la unidad, los alumnos encontrarn referencias a la pgina web librosvivos.net, en la que podrnhacer uso de las herramientas tecnolgicas. Asimismo se plantean diversas bsquedas de informacin en la web.

Competencia para aprender a aprenderLa seccinTrabajo en el laboratorio permite a los alumnos construir su propio conocimiento mediante la aplicacin sis-temtica del mtodo cientfico. Tambin aprendern a administrar el tiempo y el esfuerzo en su quehacer en el labo-ratorio, al igual que las numerosas propuestas de bsqueda de informacin que existen en la unidad.

Adems, la unidad permite tomar conciencia y control de las propias capacidades, pues los alumnos disponen de unaautoevaluacin para aprender de sus propios errores y autorregularse con responsabilidad y compromiso personal.

Autonoma e iniciativa personalEn la seccinTrabajo en el laboratorio, los alumnos debern ser capaces de planificar, gestionar tiempos y tareas, afron-tar los problemas de forma creativa, aprender de los errores, reelaborar los planteamientos previos, elaborar nuevasideas, buscar soluciones y llevarlas a la prctica.

ogramacin de aula



EDUCACIN EN VALORESTanto los contenidos de la unidad como el trabajo espec-fico por competencias permiten desarrollar otros aspec-tos que se recogen comoeducacin en valores: Se pueden abordar aspectos de la educacin moral y

cvica y de la educacin medioambiental en el labora-torio mediante la promocin del trabajo en equipo y elrespeto por las normas de seguridad, valorando el rigorcientfico en los experimentos o gestionando adecuada-mente los residuos.

La educacin para la salud se puede abordar tratandoaspectos relacionados con las enzimas; por ejemplo, la

ausencia de lactasa en algunas personas. La educacinambiental se puede tratar en los contenidos relaciona-dos con los combustibles y su uso, as como en la acti-vidad Automviles menos contaminantes.

MATERIALES DIDCTICOSLABORATORIO

HCl y Na2S2O3, un erlenmeyer, un cronmetro, vinagre,limn, leche, bebida con gas, leja, papel indicador, fenolf-talena y pH-metro.

INTERNET

: recursos didcticos interactivospara profesores y alumnos.: propuestas didcticas.

: plataforma educativa.: materiales para el profesor.

TRATAMIENTO ESPECFICO DE LAS COMPETENCIAS BSICAS EN LA UNIDADA lo largo de la unidad se trabajan diversas competencias. Sin embargo, sugerimos un itinerario en el que se han selec-cionado cinco, con el objeto de llevar a cabo un trabajo metdico y un registro de ellas.

Programacin de aula

COMPETENCIA1.er nivel de concrecin

SUBCOMPETENCIA2. nivel de concrecin

DESCRIPTOR3.er nivel de concrecin

DESEMPEO4. nivel de concrecin

Competencia en

comunicacinlingstica

Comunicacin escrita. Conocer y comprender diferentes

textos con distintas intenciones

comunicativas.

Lee y comprende la informacin contenida en el texto, y

responde correctamente a las preguntas relativas a l.

Desarrolla tus competencias, pgina 229;Pon a prueba tus competencias:Lee y comprende, pgina 247.

Competenciamatemtica

Relacin y aplicacin

del conocimiento

matemtico a la

realidad.

Utilizar las matemticas para el

estudio y comprensin de

situaciones cotidianas.

Aplicar estrategias de resolucin de problemas

adecuadas para cada situacin, presentando los

resultados de forma clara y concreta.

Actividades 2, 5, 6, 10, 23, 31, 32, 41, 44 y 46.

Competencia en elconocimiento y lainteraccin con elmundo fsico

Medio natural y

desarrollo sostenible.

Comprender la influencia de las

personas en el medioambiente a

travs de las diferentes

actividades humanas y valorar los

paisajes resultantes.

Conoce el impacto ambiental que el consumo de

combustibles fsiles ocasiona y algunas tcnicas

empleadas en los modernos automviles para

minimizar este impacto.

Pon a prueba tus competencias:Relaciona con tuentorno, pgina 246; Actividades 8, 13, 32 y 46.

Aplicacin del mtodo

cientfico a diferentes

contextos.

Realizar predicciones con los datos

que se poseen, obtener

conclusiones basadas en pruebas y

contrastar las soluciones

obtenidas.

Utiliza los conocimientos tericos de la unidad para

obtener conclusiones a partir de datos, explicando

hechos cientficos.

Experimenta, pginas 229, 234 y 239; Actividades 9,10, 11, 12, 13, 17, 27, 33 y 40.

Tratamiento de lainformacin ycompetenciadigital

Obtencin,

transformacin y

comunicacin de la

informacin.

Utilizar las tecnologas de la

informacin y la comunicacin de

forma autnoma y en trabajos

colaborativos de grupo.

Trabaja en equipo buscando informacin en internet,

selecciona la ms relevante y aporta la parte

correspondiente al resultado final.

Pon a prueba tus competencias:Investiga en la red,pgina 247.

Competencia paraaprender aaprender

Construccin del

conocimiento.

Valorar la diversidad de respuestas

posibles ante un mismo problema,

y encontrar diferentes estrategias y

metodologas para solventarlo.

Trabaja en el laboratorio y anota de forma minuciosa

los hechos observados, intentando explicarlos y

proponiendo posibles variantes a los experimentos.

Trabajo en el laboratorio, pgina 241.



Presentacin de la unidad

En la lectura se describe cmo la presencia de luz puededesencadenar una reaccin qumica. La energa (luz, ener-ga trmica u otras de sus formas) est ntimamente rela-cionada con las reacciones qumicas: iniciareacciones o esabsorbida o desprendida en su transcurso. Es imposibledescribir completamente una reaccin qumica sin incluir

los aspectos energticos que conlleva.Se puede explicar el fundamento de la fotografa qumica(ya prcticamente desaparecida, excepto en aplicacionesartsticas) y la importancia de la luz en el proceso, similar

al descrito en la lectura. Los alumnos pueden encontrarinformacin sobre la fotografa qumica y su historia enhttp://quimymas.blogspot.com.es/2007/09/qumica-y-fotografa.html

En la seccinExperimenta se proponen tres posibles com-bustiones de un trozo de papel, impregnado en disolucio-

nes diferentes, con resultados muy diversos. El alumnopuede intentar explicar estos hechos con alguna ayuda delprofesor. Tambin puede entrar en la direccin indicadadonde se explican los hechos.

1. Un modelo que explica la ruptura y formacin de enlaces

La aceptacin de los modelos por parte de los alumnos es

la parte ms difcil en la descripcin de fenmenos natu-rales. El modelo cintico de la materia supone que suspartculas constituyentes estn en continuo movimiento.

La teora de colisiones propone que los choques entremolculas son la causa de la ruptura de enlaces qumicosy la formacin de otros nuevos, lo que a su vez es la esen-cia de una reaccin qumica.

El balance energtico de la reaccin y la rapidez con la quese produce estn determinados por estas rupturas y for-maciones de enlaces.

La orientacin y la energa cintica que deben llevar las

molculas para que sus choques produzcan ruptura o for-macin de enlaces se pueden comprender mejor utilizan-do modelos moleculares ya construidos.

En el margen de la pgina 230 se describe un ejemplo defrecuencia de choques y de colisiones eficaces para unareaccin sencilla. La magnitud de las cifras mostradasfacilitarn la aceptacin del modelo de colisiones por par-te del alumno.

2. Reacciones endotrmicas y exotrmicas

La resolucin del algn ejemplo sencillo donde se calcu-le el balance energtico entre los enlaces rotos en losreactivos y los formados en los productos permitir com-prender mejor el balance energtico total de las reaccio-nes qumicas, que precisamente est determinado por laenerga de los enlaces.

Asimismo resulta muy til el uso e interpretacin de los

diagramas energticos junto con las ecuaciones termo-qumicas que representan.

Es importante comentar que lo que se absorbe o se des-prende en una reaccin qumica es energa y no calor, aun-que en el lenguaje corriente hay tendencia a confundirestos trminos.

Los trminos endotrmica y exotrmica se refieren ala energa total intercambiada, y no solo a la intercambia-da mediante calor (se puede intercambiar energa lumi-

nosa, sonora, etc.).

3. Reacciones de combustin y combustibles

Las combustiones son las reacciones qumicas en las quela energa aparece de la forma ms evidente. Es intere-sante realizar la combustin de diversas sustancias en el

laboratorio para que los alumnos vean distintos tipos dellamas, cuyo aspecto est relacionado con los productosgenerados y con la cantidad de energa intercambiada quedetermina la temperatura de la llama.

Aunque las combustiones y las oxidaciones son combina-ciones de sustancias con el oxgeno, no deben ser con-fundidas. Puede resultar aclarativo el quemar una lana de

hierro, que origina una llama y una reaccin rpida condesprendimiento de calor, para que los alumnos vean ladiferencia con una oxidacin, en la que la reaccin puedetardar semanas.

ugerencias didcticas



Lo mejor es realizar experiencias en las que se observe la

influencia de los distintos factores. Prcticamente, todaslas reacciones aumentan su velocidad con la temperatu-ra, fenmeno que es muy fcil de observar.La accin de los catalizadores resulta muy llamativa; porejemplo, un poco de ceniza de un cigarro cataliza la com-bustin de la sacarosa de un azucarillo, que arde muchoms fcilmente que sin la ceniza.

Tambin se puede observar la accin de un catalizador adi-cionando una pizca de dixido de manganeso a un poco declorato de potasio. Al calentar el conjunto, el clorato depotasio se descompone rpidamente, cosa que no hace sinla adicin del dixido de manganeso. En LIBROSVIVOS.NETse puede reproducir un vdeo con estas experiencias.

Otra reaccin catalizada fcil de observar es la descom-

posicin del perxido de hidrgeno mediante la adicin delmismo catalizador anterior, el dixido de manganeso: sepuede ver el desprendimiento de oxgeno.Las enzimas son catalizadores de reacciones orgnicas.Casi todas las enzimas son protenas, y el mecanismo desu actuacin se comprender mejor utilizando modeloscomo los centros activos de las enzimas cerradura ysu acoplamiento al sustrato llave. Se puede poner comoejemplo de actuacin a la lactasa, enzima necesaria parala digestin de la lactosa, y cuya falta origina la intoleran-cia a la lactosa que afecta a algunas personas.

5. Factores que modifican la velocidad de las reacciones qumicas

Conviene hacer un prembulo sobre el significado de losconceptos cido y base, y del concepto de pH, paraestablecer el carcter cido o bsico de sustancias y diso-luciones.

A continuacin se puede hacer referencia a distintas sus-tancias de la vida cotidiana que posean caractersticas ci-das o bsicas. Si se dispone de un pH-metro, se puedendeterminar los valores del pH de estas sustancias. En casocontrario bastara con otros indicadores, como el papelindicador universal.

Las reacciones de neutralizacin se proponen como ejem-plo de reaccin rpida. El motivo es que, en disolucin,estas sustancias estn ionizadas, y en la reaccin entre uncido y una base no es necesario romper enlaces, con loque la energa de activacin en muy baja.

Es interesante que los alumnos realicen alguna reaccinde neutralizacin controlada, como la propuesta en la sec-cinExperimenta de la pgina 239.

6. Neutralizacin cido-base: un ejemplo de reacciones rpidas

La experiencia propuesta demuestra experimentalmentela relacin entre la velocidad de reaccin y la concentra-cin de los reactivos mediante una reaccin en la que seproduce azufre.

La apreciacin personal del tiempo en el que deja de ver-se la cruz en el fondo del matraz permite comprobar lainfluencia del observador en las medidas experimentales.

La actividad permite trabajar la competencia en el cono-cimiento y la interaccin con el mundo fsico a travs de laaplicacin del mtodo cientfico a diversos contextos.

Trabajo en el laboratorio

Sugerencias didcticas

Una forma de afianzar los conceptos es realizar reaccio-nes qumicas rpidas y lentas. Una reaccin relativamen-te lenta es la oxidacin del hierro a la intemperie, que pue-de tardar semanas; sin embargo, la oxidacin de un trozode sodio se realiza en segundos a la vista de los alumnos,que pueden observar la formacin del xido de sodio que

apaga el brillo nacarado del metal.El concepto de energa de activacin no es intuitivo; pue-de resultar confuso el que una reaccin exotrmica nece-site de la aportacin de una energa inicial para comenzar.El vdeo propuesto en LIBROSVIVOS.NET ayudar a com-prender mejor el concepto de energa de activacin.

Tambin es interesante analizar grficas de la variacin dela energa con el avance de la reaccin, donde se observacmo la rapidez de una reaccin est relacionada con laenerga de activacin: su valor es bajo en las rpidas y altoen las lentas.

Las reacciones de sustancias inicas disueltas suelen ser

muy rpidas. Como ejemplo de reaccin rpida se puederealiza la propuesta en el margen de la pgina 235, ya queno requiere de ruptura previa de enlaces y su energa deactivacin es prxima a cero.

4. La velocidad de las reacciones qumicas



gerencias didcticas

RELACIONA CON TU ENTORNOAutomviles menos contaminantes

La actividad permite trabajar distintos aspectos relacio-nados con el medioambiente. En la lectura se describenel denominado catalizador de los automviles de gaso-lina y el filtro de partculas de los motores disel.

Los alumnos tienen algunas referencias de estos disposi-tivos, pero pocos son capaces de comprender su funcio-namiento desde el punto de vista qumico. En el texto sedescribe la distinta finalidad de ambos dispositivos y lassustancias que son capaces de eliminar de los gases deescape.

Adems de lasactividades propuestas en el texto, los alum-nospueden investigar cuestiones relacionadas conlosveh-culos con catalizador que existen en el mercado y los quellevan filtro de partculas, el tipo de combustible que debenutilizar estos vehculos para no deteriorar el convertidorcataltico, las ventajas medioambientales de su generaliza-cin, el coste econmico de estos dispositivos, etc.

En relacin con los filtros de partculas instalados en losmotores disel, los alumnos deben ser conscientes de queel uso de este tipo de motores, a pesar de no emitir tan-tos xidos de nitrgeno o monxido de carbono a la atms-fera como los motores de gasolina, s emiten partculasdebido a una deficiente combustin, y los ltimos estudiosindican que estas partculas pueden ser ms peligrosaspara la salud que los xidos producidos por los motores degasolina.

LEE Y COMPRENDELas lejas

La leja es un producto qumico ampliamente utilizado enlimpieza, tanto de ropas como de objetos. El texto pro-puesto hace una historia de sus orgenes y de su uso, ascomo de diversos cambios que ha ido experimentando con

el tiempo.Se describen referencias literarias (en elQuijote) y algunacientfica como la composicin de la moderna leja (hipo-clorito de sodio). Los alumnos pueden buscar informacinsobre diversas presentaciones de la leja (neutra, perfu-mada, etc.) y los aditivos que cada una de estas contiene.

Es interesante citar las precauciones que se deben tomaren su uso: en habitculos pequeos no se debe mezclaramoniaco con leja, ya que la combinacin de ambos pue-de crear cloramina, un gas irritante y extremadamentetxico.

INVESTIGA EN LA REDRealiza trabajos en grupo

La actividad permite trabajar la competencia para el tra-tamiento de la informacin y competencia digital median-te la obtencin, transformacin y comunicacin de la infor-macin, utilizando las tecnologas de la informacin y lacomunicacin de forma autnoma y en trabajos colabora-tivos de grupo.

PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS

Notas

A continuacin presentamos una matriz de evaluacin que el profesor puede utilizar para evaluarel grado de consecucin de las competencias bsicas trabajadas a lo largo de la unidad. Adems,

en puede descargar una aplicacin informtica que le facilitar esta tarea.


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Pgina

fotoc

opiable

1. En la reaccin hipottica A (claro) B (oscuro), cada bola repre-senta la cantidad de 0,1 mol.a) Completa la tabla.

b) Halla la velocidad media de desaparicin de A en cada intervalo, as como la velocidad media de aparicin de Ba lo largo de todo el proceso.

2. Se quiere estudiar el proceso Cl + NOCl NO + Cl2. El tomo de cloro y la molcula de NOCl tie-nen la geometra que aparece en el dibujo.

Qu condiciones deben cumplir las colisiones para que sean eficaces? Dibuja un choque que seaprevisiblemente eficaz y otro que no lo sea.

3. Relaciona los conceptos catalizador, enzima, sustrato, centro activo y veneno con las siguientes frases quedescriben la accin de catalizadores.a) Protena que cataliza una reaccin en los seres vivos.b) Sustancia que bloquea el centro activo e impide que el sustrato encaje bien.c) Sustancia capaz de ser transformada por una reaccin enzimtica.d) Lugar de la enzima donde se unen los sustratos y tiene lugar la reaccin catalizada por la enzima.e) Sustancia que acelera la reaccin sin consumirse en el proceso.

4. El muro: comenzando por la slaba resaltada y quitando los ladrillos que se encuentran libres por su parte supe-rior, podrs leer la definicin de velocidad de reaccin.

Tiempo (s) 0 30 60

Moles de AMoles de B

ACTIVIDADES deREFUERZO

Cl ONCl

VE DE DAD LA

CI CION MI UNA LO

QUI CAM DE REAC

MI DE CEN EL CA

CON REAC DE BIO

CION VO TO TI TRA

DUC UNI DE O

POR DAD PO TIEM PRO

0 s 30 s 60 s



5. Se calientan fuertemente 0,2 g de magnesio en un crisol hasta que se convierten en xido de magnesio (MgO). Sabien-do que la energa intercambiada en la combustin del magnesio es E = 601,7 kJ/mol:a) Escribe la ecuacin termoqumica completa y su diagrama energtico.b) Calcula la masa final de producto y el calor desprendido.

c) Calcula la energa de combustin del magnesio en kJ/g.

6. Analiza detenidamente el grfico y explica el significado de lasletras Ea, Ea, E.a) Qu es la energa de activacin y cmo influye en la velo-

cidad de un proceso?b) Cul de los dos procesos est catalizado y en qu consis-

te la accin de un catalizador?

c) Se trata de una reaccin exotrmica o endotrmica?Influye el catalizador en el balance energtico?

7. Una persona necesita diariamente 9000 kJ para realizar todas las actividades. Si obtuviera toda la energa de la oxi-dacin de la glucosa (C6H12O6), cuyo calor de oxidacin es de 2803 kJ/mol:a) Qu cantidad tendra que consumir cada da?

b) Cuntos litros de CO2 (g), medido a 0 C y 1 atm, se desprendern de ese proceso?

Pgina

fotoc

opiable

Ea

productos

reactivos

Barrera de energa

Energal

ibre

Curso de la reaccin

Ea

productos

reactivos

Barrera de energa

Curso de la reaccin

E E



Unidad 11 Energa y velocidad de las reacciones qumicas1. La reaccin entre el magnesio y el cloruro de hidrgeno origina dicloruro de magnesio e hidrgeno.

a) Si 0,25 g de cinta de magnesio tardan 35 s en reaccionar completamente, calcula la velocidad media de reaccinen gramos por segundo y en moles por segundo.

a) Al aumentar la temperatura en 10 C, la velocidad del proceso es de 7,5 104 mol/s. En cunto habr aumen-tado o disminuido la velocidad?

2. El valor energtico de la madera es de, aproximadamente, 18 kJ/g; el de la gasolina, de 49 kJ/g, y el del hidrgeno,de 142 kJ/g. Cierta familia consume en un invierno 2 t de madera.a) Qu cantidad de gasolina y de hidrgeno haran falta para producir la misma energa? Qu productos de reac-

cin dara el hidrgeno y en qu cantidad?b) Calcula la densidad de energa de la gasolina (densidad = 0,8 kg/L) y del hidrgeno gas medido a 1 atm y 0 C.c) Qu ventajas e inconvenientes ves a cada combustible?

3. Se ha estudiado la velocidad de reaccin entre el carbonato de calcio y el cido clorhdrico del siguiente modo: Se han tomado 1 g de carbonato en un vidrio de reloj y 50 cm3 de HCl 2 mol/L en un erlenmeyer, y se ha puesto

todo sobre una balanza electrnica. La masa del conjunto es de 161,5 g.

Se ha aadido el carbonato dentro del erlenmeyer al tiempo que se disparaba el cronmetro. Se ha anotado la masa total cada dos minutos y resulta la tabla siguiente.

a) Completa la tabla y calcula la masa perdida en gramos. A qu es debido? Escribe y ajusta la reaccin que hatenido lugar.

b) Calcula la velocidad del proceso en cada intervalo de 2 min. Explica la variacin.c) Qu masa total de gas se ha desprendido? Coincide con su prediccin estequiomtrica?

t (min) Masa total (g) Prdida de masa (g)

0 161,50

2 161,44

4 161,33

6 161,24

8 161,17

10 161,12

Pginafotoc

opiable

ACTIVIDADES deAMPLIACIN



4. Escribe la reaccin de neutralizacin entre el cido clorhdrico y el hidrxido de calcio. Cuntos moles y gramosde la base sern necesarios para neutralizar 150 mL de una disolucin de HCl de 0,8 mol/L? Qu pH correspondea la disolucin cida?

5. Explica qu son los biocombustibles. Comenta crticamente el texto siguiente.

A pesar de que los combustibles de origen vegetal tambin producen CO2 cuando se queman, estas emisiones seven compensadas en gran parte por la absorcin de CO2 durante el crecimiento de esas mismas plantas. As pues,la sustitucin de combustibles derivados de petrleo por biocombustibles reducira de forma efectiva la cantidad deCO2 que se emite a la atmsfera.

Investiga a qu se llama biocombustibles de primera o segunda generacin. Qu planes se proponen desde laComisin Europea para la biomasa? Qu pases estn potenciando ms la produccin y uso de biocombustibles?

6. El diamante (carbono) y el oxgeno reaccionan segn la ecuacin C (s) + O2 (g) CO2 (g). Para que se produzca esta

reaccin es necesaria la ruptura previa de los fuertes enlaces covalentes entre los tomos de carbono del diamante.Razona cmo ser su energa de activacin y si esta reaccin ocurrir o no rpidamente a temperatura ambiente,y explica la relacin entre esta reactividad y la estabilidad de los diamantes expuestos al aire.

7. Se conocen las siguientes energas de enlace: CO: 1075 kJ/mol; HH: 435 kJ/mol; CH: 393 kJ/mol;CO: 356 kJ/mol; OH: 464 kJ/mol.a) Calcula cuntos kilojulios de energa se requieren para romper todos los enlaces sencillos que hay en 0,2 mol

de metano (CH4).b) A partir de las energas de enlace dadas, realiza una estimacin de la energa desprendida en la siguiente reac-

cin: CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH

Pgina

fotoc

opiable



Actividades de refuerzo


1. a)

b) Velocidad media de desaparicin de A:

v(0-30 s) = = 0,017 mol/s; v(30-60 s) = = 0,01 mol/s

Velocidad media de aparicin de B en todo el proceso:

v(0-60 s) = = 0,013 mol/s

2. Las condiciones para un choque eficaz son la orientacin adecuada y la energa suficiente.

3. Catalizador: sustancia que acelera la reaccin sin consumirse en el proceso.

Enzima: protena que cataliza una reaccin en los seres vivos.

Sustrato: sustancia capaz de ser transformada por una reaccin enzimtica.

Centro activo: lugar de la enzima donde se unen los sustratos y tiene lugar la reaccin catalizada por la enzima.Veneno: sustancia que bloquea el centro activo e impide que el sustrato encaje bien.

4. La velocidad de una reaccin qumica mide el cambio de concentracin de reactivo o producto por unidad de tiempo.

5. a) Mg + O2 (g) MgO + 601,7 kJ

b) n(Mg) = = 0,0082 mol n(MgO) = 0,0082 mol

m(MgO) = 0,0082 (mol) 40,3 (g/mol) = 0,33 g

Energa desprendida: 0,0082 (mol) 601,7 (kJ/mol) = 4,95 kJ

c) 1 g de magnesio equivale a 1/24,3 = 0,041 mol de magnesio.Energa desprendida: 0,041 (mol) 601,7 (kJ/mol) = 24,76 kJ/g

6. a) y b) Ea y Ea representa la energa de activacin (energa que hay que aportar para que comience la reaccin) cony sin catalizador. Como se ve, la accin del catalizador disminuye el valor de la barrera y hace que el proceso dis-curra a ms velocidad.

c) Se trata de una reaccin exotrmica, cuyo balance energtico no se ve modificado por la accin del catalizador.En cualquier caso, es E.

7. a) La reaccin de oxidacin de la glucosa es C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + 2803 kJ.

9000 (kJ) / 2803 (kJ/mol) = 3,21 mol necesarios; por tanto, m = 3,21 (mol) 180 (g/mol) = 578 g.b) Se desprendern 3,21 6 = 19,26 mol de CO2, que a 0 C y 1 atm ocupan 19,26 (mol) 22,4 (L/mol) = 431,4 L.

0,2 (g)

24,3 (g/mol)

0,8 (mol)

60 (s)

0,3 (mol)

30 (s)

0,5 (mol)

30(s)

Tiempo (s) 0 30 60

Moles de A 1,2 0,7 0,4

Moles de B 0,0 0,5 0,8

SOLUCIONARIO

Mg + 1/20 2

MgO

-601,7 kJ

Avance de la reaccin

Energa

Colisin ineficaz

Cl NOCl

Colisin eficaz

Cl ClNO




1. a) Mg + 2 HCl MgCl2 + H2A partir de la definicin de velocidad se calcula:

v = = 7,14 103 g/s. Como = 0,010 mol, v = = 2,9 104 mol/s

b) La velocidad habr aumentado = 2,6 veces.

2. a) Con 2 t de madera se producen 2 106(g) 18 (kJ/g) = 3,6 107 kJ.

Se necesitan = 7,3 105 g de gasolina y = 2,5 105 g de hidrgeno.

La reaccin del hidrgeno dara agua: = 1,3 105 mol

La masa de agua: 1,3 105 (mol) 18 (g/mol) = 2,3 106 g de aguab) 1 L 800 g, es decir, 800 (g) 49 (kJ/g) = 39 200 kJ/L.

2 g de H2 ocupan 22,4 L, luego 1 L equivale a 0,089 g, es decir, 0,089 (g) 142 (kJ/g) = 12,7 kJ/L.c) El hidrgeno tiene mayor rendimiento por gramo, pero la gasolina posee ms densidad de energa.

3. a) CaCO3 (s) + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O

El CO2 desprendido hace que disminuya la masa.

b) v0-2 = = 0,03 g/min; v2-4 = = 0,055 g/min;

v4-6 = = 0,045 g/min; v6-8 = = 0,035 g/min; v8-10 = = 0,025 g/min

Salvo en el primer tramo (inicio de la reaccin), la velocidad disminuye, pues se va consumiendo el reactivo.c) Masa total desprendida: 0,38 g CO2. A partir de la ecuacin: 1 (g)/100 (g/mol) = 0,01 mol CaCO3 que producen

0,01 mol de CO2, es decir, 0,01 (mol) 44 (g/mol) = 0,44 g. Se ve que el rendimiento del proceso es de un 86,4 %.

4. 2 HCl + Ca (OH)2 CaCl2 + 2 H2O0,150 (L) 0,8 (mol/L) = 0,12 mol HCl, que consumen 0,06 mol de Ca(OH)2, es decir, 0,06 (mol) 74 (g/mol) = 4,44 g.

pH = log [H+] = log 0,8 = 0,1

5. Trabajo personal.6. Para que se produzca la reaccin se requiere la ruptura previa de fuertes enlaces covalentes que unen los tomos

de carbono en el diamante; por tanto, su energa de activacin ser muy grande y la velocidad de la reaccin sermuy pequea. A temperatura ambiente, esta reaccin se producir de manera muy lenta y, por tanto, la estabilidadde los diamantes es elevada. Los diamantes permanecen prcticamente.

7. a) Cada molcula de metano posee 4 enlaces CH; por tanto, en 0,2 moles habr:

0,2 (mol CH4) 4 (mol de enlaces CH) = 0,8 mol de enlaces CH

Luego la energa necesaria para romper todos estos enlaces ser:

0,8 (mol enlaces CH) 393 (kJ/mol de enlaces CH) = 314,4 kJb) En el transcurso de la reaccin CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH, se rompen 1 mol de enlaces CO y 2 mol de enlaces

HH. Para ello habr que aportar 1 (mol CO) 1075 (kJ/mol) + 2 (mol HH) 435 (kJ/mol) = 1945 kJ.

Y se forman 3 mol de enlaces CH, 1 mol de enlaces CO y 1 mol de enlaces OH. En este proceso se liberan:3 (mol CH) 393 (kJ/mol) + 1 (mol CO) 356 (kJ/mol) + 1 (mol OH) 464 (kJ/mol) = 1999 kJ

La energa neta liberada en la reaccin ser de 1999 1945 = 54 kJ.

7,5 104(mol/s)

2,9 104(mol/s)

0,05 (g)

2 (min)

0,07 (g)

2 (min)

0,09 (g)

2 (min)

0,11 (g)

2 (min)

0,26 (g)

2 (min)

2,5 105

2

3,6 107(kJ)

142 (kJ/g)

3,6 107(kJ)

49 (kJ/g)

0,010 (mol)35 (s)0,25 (g)24,3 (g/mol)0,25 (g)35 (s)

t (min) Masa total (g) Prdida de masa (g)0 161,50 0,002 161,44 0,064 161,33 0,176 161,24 0,268 161,17 0,33

10 161,12 0,38

SOLUCIONARIO

Actividades de ampliacin



APELLIDOS: NOMBRE:

FECHA: CURSO: GRUPO:

1.El dibujo representa la ruptura de enlaces de los reacti-vos en estado gaseoso y la formacin de otros nuevos enel producto de la reaccin, tambin gaseoso, segn elmodelo de colisiones.

a) Qu enlaces se rompen y cules se forman?

b) Escribe la ecuacin qumica correspondiente.

2.Responde a las cuestiones teniendo en cuenta el dibujo de la actividad anterior y la siguiente tabla dedatos sobre energas de enlace.

a) Calcula el balance energtico.

b) Escribe la ecuacin termoqumica del proceso y dibuja su diagrama energtico.

3.Relaciona la columna de los agentes contaminantes con la de las consecuencias que provocan.

a) CO 1) Produce alteracin climtica.

b) CH4 2) Originan deforestacin.

c) NO 3) Aniquila la vida en ros y lagos.

d) SO2 4) Es venenoso.

4.Observa las siguientes reacciones.

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (L) + 886 kJ

C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (L) + 2803 kJ

a) La reaccin de combustin del metano es de la misma naturaleza que la reaccin de la glucosa conel oxgeno en el cuerpo humano? En qu se parecen y en qu se diferencian?

b) Si reaccionan 101,24 g de metano y 360 g de glucosa, cul de los dos compuestos desprender msenerga?

Energa deenlace (kJ/mol)

Br2 H2 HBr193 436 366

Pginafotoc

opiable


PROPUESTA deEVALUACIN

Br

H



5.El calor de combustin del etanol (C2H6O) es de 1367 kJ/mol, y el del eteno (C2H4), de 1386 kJ/mol.

a) Escribe las ecuaciones termoqumicas ajustadas y calcula su energa especfica.

b) Calcula la densidad de energa (kJ/L) del alcohol (densidad = 0,79 kg/L) y del gas eteno medido a 0 Cy 1 atm. Qu ventajas e inconvenientes tiene cada combustible?

6.Los siguientes diagramas energticos representanel transcurso de tres reacciones distintas. Cul esms rpida y cul ms lenta? Por qu?

7.En un recipiente de 2 L se produce la siguiente reaccin: N2 (g) + O2(g) 2 NO (g). Si al cabo de 28 shan desaparecido 14 g de N2, cul ser la velocidad de reaccin en ese intervalo de tiempo para el N2medida en g s1 y en mol L1 s1?

8.Seala cules de las siguientes afirmaciones son verdaderas.

a) Al aumentar la concentracin de los reactivos, la velocidad de reaccin aumenta.

b) La velocidad de una reaccin es mayor cuanto menor es la superficie de contacto.c) La temperatura no influye en la velocidad de una reaccin qumica.

d) Los catalizadores no se consumen en el proceso que catalizan.

9.A partir del siguiente diagrama energtico, dibuja otro en el que se ponga de manifiesto la influenciade un catalizador. Explica lo que sucede.

10.Dadas dos disoluciones, una de 20 mL de HCl 0,4 mol/L, y otra de 25 mL de H 2SO4 0,2 mol/L.

a) Calcula el pH de cada una.

b) Calcula el volumen que se necesita de una disolucin de NaOH 0,8 mol/L para que neutralice total-mente 50 mL de otra disolucin de HNO3, cuya concentracin es de 31,5 g/L.

Pgina

fotoc

opiable

Ener ga deactivacin

productos

reactivos

A

E

Ener ga deactivacin

productos

reactivos

B

E

Ener ga de activacin

productos

reactivos

C

E

Reaccin Reaccin Reaccin

Ener ga de activacin

productos

reactivos

Reaccin

E


18/32

1. a) Se rompe un enlace HH y otro BrBr y se formandos enlaces HBr.

b) H2(g) + Br2 (g) 2 HBr (g)

Criterio de evaluacin 1.1

2. a) Eenlaces rotos = 193 + 436 = 629 kJ

Eenlaces nuevos = 2 366 = 732 kJ

Se desprenden 629 732 = 103 kJ por cada 2 molde HBr.

b) H2(g) + Br2 (g) HBr (g) + 51,5 kJ


3. a-4; b-1; c-2 y 3; d-2 y 3


4. a) No. La primera es muy rpida y desprende luz ycalor. La segunda es una oxidacin lenta a tempe-

ratura corporal. En las dos interviene el oxgeno, seforman los mismos productos y son exotrmicas.

b) Metano: E = 886 (kJ/mol) = 5606 kJ

Glucosa: E = 2803 (kJ/mol) = 5606 kJ

Desprenden la misma energa.Criterio de evaluacin 1.2

5. a) C2H6O (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) + 1367 kJEnerga especfica = 29,72 kJ/gC2H4(g) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 2 H2O (l) + 1386 kJ

Energa especfica = 49,5 kJ/gb) 1 L de alcohol 790 g 790 29,72 = 23 478,8 kJ/L

28 g de C2H4 son 22,4 L, luego 1 L 1,25 g, es decir1,25 (g) 49,5 (kJ/g) = 61,875 kJ/L

Valorando su rendimiento por gramo, el eteno es elms indicado, pero el alcohol posee mayor densidadde energa.


6. A mayor energa de activacin, ms lenta es la reac-cin. La ms rpida es la B, luego la A y despus la C.


7. N2 v = = 0,5 gs1; = 0,5 mol de N2

= 0,25 mol L1;

N2 v = = 8,93 103 mol L1 s1 de N2


8. Son verdaderas la a y la d.


9. El catalizador hace que la energa de activacin seamenor, con lo que la reaccin es ms rpida.


10. a) El HCl se disocia formando iones Cl y H+ (cuya con-centracin determina el pH).

HCl H+ + Cl

Por tanto, la concentracin de H+ es de 0,4 mol/L.

pH = log 0,4 = 0,4

El H2SO4 se disocia formando un ion SO42 y dos H+:

H2SO4 2H+ + SO42

Por tanto, la concentracin de H+ es de 2 0,2 =0,4 mol/L.

pH = log 0,4 = 0,4 (las dos tienen el mismo pH)

b) Concentracin de HNO3:

[HNO3] = = 0,5 mol/L

El NaOH tiene que neutralizar n moles de HNO3:

n = 0,05 (L) 0,5 (mol/L) = 0,025 mol

V = = = 0,3125 L = 31,25 mL


n

c

0,025 (mol)

0,8 (mol/L)

31,5 (g/L)

63 (g/mol)

0,25 (mol/L)

28 (s)

0,5 (mol)

2 (L)

14 (g)

28 (g/mol)

14 (g)

28 (s)

360 (g)

180 (g/mol)

101,24 (g)

16 (g/mol)

1

2

1

2

1/2 H (g) + 1/2 Br (g)

desprendida

HBr (g)

E

Avance de la r eaccin

2 2

rE

pE

E

8 Unidad 11 Energa y velocidad de las reacciones qumicas

SOLUCIONES A LA PROPUESTA DE EVALUACIN

ropuestas de evaluacin


19/32

SOLUCIONARIO

19Energa y velocidad de las reacciones qumicas Unidad 11


20/32

OLUCIONARIO



1. Intenta explicar lo que expone el texto utilizando frmulas y ecuaciones qumicas. Qu quiere decir reaccin foto-qumica en cadena?

Las ecuaciones que propone son las siguientes: a) Cl2+ energa (luz solar) 2 Cl; b) Cl + H2 HCl + H;

c) H + Cl2 HCl + Cl. Y se repiten sucesivamente b y c.La reaccin propuesta es un ejemplo de reaccin fotoqumica en cadena. Como en toda reaccin qumica, unassustancias (H2 y Cl2) se transforman en otras distintas (HCl); en este caso, la energa necesaria para que la reac-cin comience se obtiene de la luz solar (fotoqumica), y es una reaccin en cadena porque se establece una secuen-cia de reacciones en la que el reactivo de una de ellas es el producto de la anterior.

2. Observa la fotografa, de dnde procede la energa que se desprende violentamente del proceso?

Del Sol (energa aportada para iniciar la reaccin), y del balance entre la energa que hay que aportar para romperlos enlaces en los reactivos y la que se desprende cuando se forman enlaces en los productos.

DESARROLLA TUS COMPETENCIAS

1. Cuando el Cl2 y el H2 se ponen en contacto, reaccionan para dar HCl. Explica los procesos que tienen lugar. Porqu crees que la luz solar favorece este proceso?

Para que tenga lugar el proceso, primero deben romperse los enlaces ClCl y HH, lo cual requiere cierta ener-ga (242 + 436 = 678 kJ/mol). Esta puede venir dada en forma de energa cintica de las molculas, pero, en estecaso, la accin de la luz solar rompe la molcula de cloro en dos tomos de cloro, los cuales inician un proceso encadena tal y como viene descrito en el texto que da entrada al captulo.

2. Calcula el balance energtico del proceso de obtencin del agua conociendo las siguientes energas de enlace(kJ/mol): HO: 463; HH: 436; O = O: 496.

Escribimos la reaccin ajustada: 2 H2 + O2 2 H2O

Ruptura de enlaces: 2 436 + 496 = 1368 kJ (energa necesaria)

Formacin de enlaces: 2 (2 463) = 1852 kJ (energa desprendida)E = 1368 1852 = 484 KJ desprendidos en la formacin de 2 mol de H2O (g)

El calor desprendido por mol es de 242 kJ.

3. Sabiendo que la ecuacin termoqumica completa de la combustin del etileno es:

C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O + 1386,1 kJ

Calcula la energa que se intercambia en la combustin de 50 g de C 2H4.

Se trata de un proceso exotrmico en el que se desprenden 1386,1 kJ por cada mol de etileno, de modo que hallamos

los moles que hay en 50 g: n = = 1,79 mol, que producen 1,79 1386,1 = 2481,1 kJ.

4. Clasifica las reacciones siguientes en endotrmicas o exotrmicas y realiza el diagrama energtico de la reaccindel apartado c.a) C2H2 + 2 H2 C2H6 + 312 kJ

b) 2 CO2 2 CO + O2 1132 kJ

c) C2H4 + H2 132 kJ C2H6a) C2H2+ 2H2 C2H6+ 312 kJ exotrmica (se des-

prende energa).

b) 2CO2 + 1132 kJ 2 CO + O2 endotrmica (absorbeenerga).

c) C2H4 + H2 C2H6 + 132 kJ exotrmica

Diagrama energtico de la reaccin del apartado c:

5028

EJERCICIOS PROPUESTOS

E = 132kJ

C2H4+ H2Er

Ep

Transcurso de la reaccin

Energaqumica

C2

H6



5. A partir de las reacciones vistas, qu energa se obtiene a partir de la oxidacin de 1 g de glucosa? Cunta ener-ga se elimina a partir de 1 g de agua que se evapora como sudor?

Como puede verse en el texto, un mol de glucosa desprende 2803 kJ.

Calculamos los moles que hay en 1 g: 1/180 = 5,56 103 mol; por tanto, 5,56 103 2803 = 15,6 kJ/g.

Adems, 1 mol (18 g) de agua que pasa de lquido a vapor absorbe 44 kJ.

Por consiguiente, 1 g requiere 44/18 = 2,4 kJ/g.

6. Cunta energa se puede obtener quemando 3 mol de metano? Y quemando 3 kg de metano?Consultamos la tabla de datos que aparece en el texto: el metano desprende 890 kJ/mol. Por tanto, 3 mol des-prendern 890 (kJ/mol) 3 (mol) = 2670 kJ.

Igualmente, la energa especfica del metano es de 55 kJ/g. En la combustin de 3000 g de metano se desprendern55 (kJ/g) 3000 (g) = 1,65 105 kJ.

7. Qu cantidad de hidrgeno (en masa y volumen) producira la misma energa que 1 L de octano (C8H18) lquido dedensidad 0,8 g/cm3?

Un litro de octano lquido equivale a 0,8 kg, es decir, 800 g. Como 1 g desprende 48 kJ, 800 g desprendern 38 400 kJ.

Para obtener esa energa a partir de hidrgeno haran falta:

38400 (kJ/142 (kJ/g) = 270,4 g de hidrgeno; 38400 (kJ)/13 (kJ/L) = 2954 L de hidrgeno a 0 C y 1 bar

8. Qu ventajas y dificultades puede tener el uso del hidrgeno en automocin?

Desde el punto de vista de su energa especfica no puede ser mejor, ya que es muy alta su energa por unidad demasa. Sin embargo, su energa por unidad de volumen es muy baja, y es enormemente difcil almacenar este gasen cantidad suficiente, y, a su vez, muy costoso trabajarlo licuado.

9. El ejercicio resuelto 3 da distinto resultado para la velocidad de reaccin en los tres primeros minutos y en los tressiguientes. Interpreta el hecho y calcula la velocidad media de reaccin en el conjunto de los seis minutos que durael proceso. Se te ocurre alguna manera de aumentar la velocidad de la reaccin?

La velocidad de una reaccin disminuye a medida que los reactivos se van transformando en productos. Al princi-pio, cuando la concentracin de los reactivos es mxima, la velocidad tambin lo es, y tiende a cero segn desapa-recen los reactivos.

V06 = = = 17 cm3/min

Si utilizamos magnesio en polvo, aumentar la superficie de contacto entre los reactivos y, con ello, la velocidad dereaccin. Otra forma sera llevar a cabo la reaccin con agitacin, aumentar la temperatura, etc.

10. Analiza la siguiente grfica.

a) Afecta la energa de activacin al balance energtico, E2, del proceso?

b) Se trata de una reaccin endotrmica o exotrmica? Calcula su energa de acti-vacin.

a) La barrera energtica no afecta al balance del proceso, ya que, en funcin de laaltura de la grfica, pueden darse muy diversos valores para la barrera.

b) Se trata de una reaccin endotrmica y su energa de activacin es igual a 20 + 12 = 32 kJ.

11. Explica los fenmenos siguientes.

a) Los alimentos se conservan ms tiempo en el frigorfico que fuera de l.

b) La harina de cereales puede llegar a ser inflamable.

c) Un ascua brilla ms al acercar una boquilla que desprende oxgeno.

a) A temperaturas bajas se ralentizan las reacciones de descomposicin.

b) Al aumentar la superficie de contacto se facilita el proceso de combustin.

c) La combustin tiene lugar debido al oxgeno; por tanto, al aumentar la concentracin de este en relacin con elaire, aumenta la velocidad del proceso de combustin y se reaviva la llama.

12. La intolerancia a la lactosa se debe a la ausencia en el organismo de la enzima lactasa. Busca en www.e-sm.net/fq4esoc96 informacin sobre el porcentaje de espaoles que padecen esa deficiencia.

La padecen, aproximadamente, un 15 % de espaoles.

102 (cm3)6 (min)

producto formadotiempo transcurrido

SOLUCIONARIO

Energa

Productos

E1= 20kJ

E2= 12 kJ

Reactivos




OLUCIONARIO

Cuestiones

1. Cmo influye la concentracin en la velocidad? Explcalo a partir del modelo de colisiones.

Cuanto mayor es la concentracin, mayor es el nmero de molculas que intervienen en la reaccin y, por tanto, el

nmero de choques entre ellas.

2. Interpreta la grfica obtenida. Hay algn punto que no est en la recta representada? Por qu?

Si la representacin de frente a t da una lnea recta, significa que la concentracin y el tiempo de reaccin

son inversamente proporcionales, es decir, [Na2S2O3] t = cte. (cuando aumenta la concentracin disminuye el tiem-po y viceversa). Generalmente, el ltimo punto queda alejado de la recta (es decir, se le adjudica un tiempo de reac-cin excesivamente alto). Ello es debido a que nosotros detenemos el cronmetro cuando no vemos la cruz, lo cualocurre cuando el depsito de azufre la cubre. Puesto que el matraz 5 tiene muy baja concentracin de tiosulfato, eldepsito de azufre no termina de cubrir el dibujo y se alarga demasiado el tiempo de medida.

3. Influir la temperatura sobre este experimento? Cmo lo comprobaras?

En efecto, la temperatura influir sobre el experimento. Si hiciramos todo idnticamente pero a temperatura msalta, los tiempos de reaccin bajaran y resultara una grfica aproximadamente paralela a la anterior.

1

[Na2S2O3]

TRABAJO EN EL LABORATORIO

13. El plomo que contienen los aditivos de las gasolinas puede actuar como veneno para los catalizadores situados enel tubo de escape de los automviles. Explica qu significa eso y cmo se podra remediar.

En efecto, un catalizador puede envenenarse o inactivarse. Una causa corriente es que el catalizador absorba unamolcula con tanta fuerza que cierre su superficie frente a la reaccin posterior. Algunos metales pesados, comoel plomo, son venenos del catalizador, por lo que debe utilizarse gasolina sin plomo en los motores provistos deconvertidores catalticos. De paso, disminuye la cantidad de plomo en el medioambiente (el cual es, en s mismo ypor la misma razn, un veneno tambin para las personas).

14. La disolucin acuosa de amoniaco contiene los siguientes iones: NH3+

H2O

NH4+ +

OH

. Predice su comporta-miento cido-base.

La presencia de iones OH le da carcter bsico a la disolucin.

15. La picadura de la avispa se calma con un poco de vinagre, y la de la abeja, con amoniaco. Explica estos hechos.

El veneno de la avispa contiene feromonas de reaccin bsica, por lo que un remedio casero consiste en lavar bienla herida y aplicar vinagre o jugo de limn.

El veneno de la abeja es una apitoxina de reaccin cida, por lo que se calma con una disolucin bsica de amo-niaco o bicarbonato de sodio.

16. En la neutralizacin descrita en la experiencia del texto, calcula los moles de cido que hay en el matraz:

a) Cuando se han aadido 5 mL de base.

b) Cuando se han aadido 25 mL de NaOH. Qu color adoptar la fenolftalena en cada caso?

a) La reaccin que se produce es la siguiente: HCl (aq) + NaOH (aq) H2O (l) + NaCl (aq)

El nmero de moles que hay es:

cido: nHCl = 10 103 (L) 0,2 (mol/L) = 2 103 mol de HCl

Base: nNaOH = 5 103 (L) 0,1 (mol/L) = 5 104 mol de NaOH

Segn la estequiometra del proceso, el cido y la base reaccionan mol a mol, de modo que 5 104 mol decido se neutralizan con los 5 104 mol de base, se forma la sal correspondiente y sobran 2 103 5 104

= 1,5 103 mol de HCl. As pues, ante este exceso de cido, la fenolftalena permanece incolora.

b) Cuando se han aadido 25 mL de NaOH, se tiene:

cido: nHCl = 10 103 (L) 0,2 (mol/L) = 2 103 mol de HCl

Base: nNaOH = 25 103 (L) 0,1 (mol/L) = 2,5 103 mol de NaOH

Segn la estequiometra del proceso, el cido y la base reaccionan mol a mol, de modo que los 2 103 mol de ci-do se neutralizan con los mismos moles de base, se forma la sal correspondiente y sobran:2,5 103 2 103 = 5 104 mol de NaOHAs pues, ante este exceso de base, la fenolftalena adquiere un tono rosa fuerte.



SOLUCIONARIO

17. Indica qu afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) La ruptura de enlaces requiere energa.

b) Solo la mitad de las colisiones entre molculas son eficaces para producir reaccin.

c) Para que una colisin sea eficaz, basta con que se d con la orientacin adecuada.d) La energa desprendida en los procesos endotrmicos la escribimos como negativa.

a) Verdadera. Es un proceso que consume energa.b) Falsa. Es muchsimo menor.

c) Falsa. Tambin es necesario que posea la energa suficiente.d) Falsa. En los procesos endotrmicos se absorbe energa y se escribe como positiva.

18. Completa en tu cuaderno el siguiente esquema relativo al modelo de colisiones.

19. Dibuja un diagrama energtico para los siguientes procesos.

a) S (s) + O2 (g) SO2 (g) + 296,4 kJ

b) C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) 131 kJ

a) S (s) + O2 (g) SO2 (g) + 296,4 kJ b) C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) 131 kJ

20. Explica el siguiente hecho.

El bloque de madera de la figura estaba hmedo. Hemos puesto sobre l un erlenmeyer en elque ha reaccionado hidrxido de bario con nitrato de amonio. Como consecuencia de ello, lamadera se adhiere al fondo del matraz.

La explicacin es la siguiente: la reaccin entre ambos slidos es muy endotrmica, por lo quetranscurre con una enorme absorcin de energa. Debido a ello, el agua del bloque hmedo demadera se congela y se adhiere al fondo del matraz.

21. De las siguientes reacciones qumicas, identifica las endotrmicas y las exotrmicas.a) N2 (g) + O2 (g) + 180 kJ 2 NO (g) c) MnO2 (s) MnO (s) + O2 (g) 134 kJ

b) CH4 + O2 CO2 + 2 H2O + 890 kJ d) Na (s) + Cl2 (g) NaCl (s) + 411 kJa) Absorbe calor: endotrmica. c) Absorbe calor: endotrmica.b) Desprende calor: exotrmica. d) Desprende calor: exotrmica.

22. Se puede obtener metano a partir del siguiente proceso: CO2 (g) + 2 H2O (l) CH4 (g) + 2 O2 (g).Si el balance energtico del proceso es de +890 kJ por cada mol de CO 2 consumido:

a) Escribe la ecuacin termoqumica completa. Describe el proceso y haz un diagrama energtico del mismo.

b) Calcula la energa intercambiada en la reaccin de 24 g de H2O.

a) Es un proceso endotrmico. La ecuacin termoqumica ajustada es:

CO2 (g) + 2 H2O (l) + 890 kJ CH4 (g) + 2 O2 (g)

b) La masa molar del H2O es de 18 g/mol y hay:

24 (g)/18 (g/mol) = 1,33 mol de H2O.

Hacemos la proporcin a partir de los coeficientes:

= x = 592 kJ se necesitan.890 (kJ)

x (kJ)

2 (mol de H2O)

1,33 (mol)

ACTIVIDADES

Ba(OH)2+ NH4NO2

E = 890kJ

CH4(g)+ 2O2(g)Ep

Er


E

nerga

CO2(g)+ 2H2O(l)


24/32

23. A partir del diagrama energtico, escribe la ecuacin termoqumica de formacindel NO. Si las energas de enlace de los reactivos son NN (g): 946 kJ/mol y OO(g): 494 kJ/mol, calcula la energa del enlace NO (g).

N2 (g) + O2 (g) + 180 kJ 2 NO (g)

Energa consumida en romper los enlaces NN y OO: 946 + 494 = 1440 kJ.

Energa desprendida en la formacin del enlace NO: 2Q.

Por tanto, E = 1440 2 Q = 180 kJ, de donde sale Q = 630 kJ/mol.

25. En la unidad se describe la reaccin entre el cloro y el hidrgeno: H2 (g)+

Cl2 (g)

2 HCl (g).Las energas de enlace en kJ/mol son las siguientes: HCl: 431; HH: 436; ClCl: 242.

a) Halla el balance energtico del proceso y dibuja el diagrama energtico.

b) Qu energa se intercambia en la formacin de 200 g de HCl?

a) Ruptura de enlaces: 436 + 242 = 678 kJ (energa necesaria).

Formacin de enlaces: 2 431 = 862 kJ (energa desprendida).

E = 678 862 = 184 kJ desprendidos en la formacin de 2 mol de HCl (g).

b) Energa intercambiada por mol de HCl: 184 (kJ)/2 (mol) = 92 kJ/mol

Se forman 200 g de HCl, es decir, 200 (g) / 36,5 (g/mol) = 5,48 mol HCl.Se desprenden 5,48 92 = 504 kJ.

26. El metanol puede obtenerse del siguiente proceso: CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (g); E = 128,1 kJ.

Indica cules de las siguientes afirmaciones son verdaderas.a) Se trata de un proceso exotrmico.

b) La energa se coloca con signo ms en el lado de los reactivos.

c) Si se forman 32 g de CH3OH, se desprenden 128,1 kJ.

d) Si reacciona 1 mol de H2, se desprenden 128,1 kJ.

a) Verdadera: E < 0.

b) Falsa: se coloca con signo ms em el lado de los productos: CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (g) + 128,1 kJ.

c) La masa molar del metanol es, en efecto, 32 g/mol, por tanto, es verdadera.

d) Falsa. Hacen falta 2 mol de H2: CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (g) + 128,1 kJ.

27. Indica qu afirmaciones son verdaderas y cules son falsas y por qu.

a) La cantidad de energa por gramo que produce un combustible se conoce como densidad de energa.b) Los productos de todas las combustiones son CO2 y H2O.

c) Las oxidaciones en el cuerpo humano tienen lugar a temperatura corporal.

a) Falsa. Densidad de energa es la cantidad de energa producida por litro a 0 C y 1 bar.

b) No es cierto, salvo en hidrocarburos y derivados oxigenados.

c) Verdadera.

29. Durante cierto tiempo se pens en el diborano (B2H6) como combustible para cohetes.

a) Cuntas toneladas de oxgeno lquido debera transportar un cohete para quemar 10 t de diborano si se pro-duce B2O3 y H2O?

b) Busca los combustibles que usan las lanzaderas espaciales en la siguiente direccin: www.e-sm.net/fq4esoc97

a) 10 toneladas son: = 362,3 kmol de B2H6

Segn la reaccin de combustin, B2H6 + 3 O2 B2O3 + 3 H2O, hace falta el triple de oxgeno, es decir:

3 362,3 = 1084,2 kmol de O2, que son 1087 (kmol) 32 (kg/kmol) = 34 784 kg, es decir, 34,8 t de O2.

b) La NASA utiliza cuatro tipos de propelentes: queroseno (muy poco), criognicos y slidos (para el despegue), ehiperglicos (en la rbita). Por ejemplo, el transbordador espacial lleva perclorato de amonio en los cohetes ace-leradores. En su tanque externo, separado en dos recipientes, lleva oxgeno lquido en uno e hidrgeno lquidoen otro. Se mezclan en la cmara de combustin de los motores principales, dando lugar a la combustin.

30. La combustin de la acetona viene dada por la siguiente reaccin: C3H6O (l) + O2(g) CO2 (g) + H2O (g) + 1790 kJ

a) Ajstala y calcula qu energa se desprende al quemar 15 mol de acetona.

b) Cuntos gramos de acetona ser necesario quemar para producir 12 300 kJ?

a) C3H6O (l) + 4 O2 (g) 3 CO2 (g) + 3 H2O (g) + 1790 kJ

A partir de 15 mol se desprenden: 15 (mol) 1790 (kJ/mol) = 26 850 kJ

a) Los moles de acetona necesarios son: = 6,87 mol ; que son 58 (g/mol) 6,87 (mol) = 398,5 g.12300 (kJ)

1790 (kJ/mol)

10000 (kg)

27,6 (kg/kmol)


OLUCIONARIO

Energa

2 NO (g)

N2(g) + O2(g)

180 kJ


E = 184kJ

H2(g)+ Cl2(g)Er

Ep


Energa

2HCl(g)



31. La energa qumica asociada a los alimentos es muy diversa: desde los 2,5 kJ/g para las manzanas hasta los 17kJ/g para el queso. Para una chica de 18 aos se recomienda un consumo de 9 MJ/da. Si solo se alimentara demanzanas, qu cantidad hara falta? Y de queso?

9 MJ/da son 9000 kJ, es decir, 9000 (kJ)/2,5 (kJ/kg) = 3600 g = 3,6 kg de manzanas.

O bien 9000 (kJ)/17 (kJ/g) = 529,4 g de queso.

32. Un componente minoritario de la gasolina es el heptano (C7H16), que tiene un calor de combustin de 4854 kJ/moly una densidad de 0,68 g/mL. Halla su energa especfica y su densidad de energa.

Masa molar del heptano: 100 g/mol.Se desprenden 4854 kJ/mol, es decir, 4854 kJ por cada 100g de heptano. Por tanto:

Energa especfica: 4854 (kJ/mol)/100 (g/mol) = 48,54 kJ/g

Densidad de energa: 48,54 (kJ/g) 0,68 (g/mL) = 33,007 kJ/mL = 33 007 kJ/L

33. Indica qu afirmacin es verdadera.

a) Las reacciones son lentas cuando su energa de activacin es baja.

b) La velocidad de cada reaccin es constante e independiente de factores externos.

c) La accin de los catalizadores aumenta la energa de activacin de un proceso.

d) La accin de los catalizadores aumenta la velocidad de reaccin.

e) Las reacciones en disolucin son muy lentas por lo general, ya que no es necesario romper enlaces.

a) Falsa. Es al revs.b) Falsa. La velocidad depende de diversos factores externos.

c) Falsa. Disminuye la energa de activacin.

d) Verdadera. Al disminuir la energa de activacin, aumenta la velocidad de reaccin.

e) Falsa. Al necesitar romper menos enlaces, la reaccin es ms rpida.

34. El agua oxigenada (H2O2) se descompone de manera natural en H2O y O2 (g): H2O2 H2O + O2El MnO2 es un catalizador del proceso, y la glicerina, un inhibidor.

a) Explica cmo acta cada uno. Cmo estabilizaras el H2O2 para que dure ms tiempo?

b) De qu otra manera se podra aumentar la velocidad de descomposicin del H2O2?

a) Los catalizadores aumentan la velocidad de las reacciones qumicas y no se consumen durante el proceso.

Los inhibidores o catalizadores negativos son sustancias que disminuyen la velocidad de ciertas reacciones qu-micas.

La glicerina, en efecto, hara que la descomposicin del agua oxigenada fuera ms lenta.

b) La velocidad podra aumentar tambin si aumentramos la temperatura.

35. La grfica se refiere al volumen de H2 desprendido cuando un trozo de magnesio reacciona con HCl (aq).

a) En cunto tiempo se ha completado el proceso ycunto H2 se obtiene?

b) Calcula la velocidad media de reaccin en los dosprimeros minutos del proceso.

c) Calcula la velocidad media a lo largo de todo elproceso. Por qu no coincide con la anterior?

d) Expresa el resultado en mg de H2 por minuto(medido a 0 C y 1 atm).

e) Qu podramos hacer para aumentar la velocidaddel proceso?

a) A partir del minuto 3,5 no hay ms desprendimiento de H2. Se obtienen en total 85 cm3.

b) En los dos primeros minutos se han desprendido 60 cm3. Por tanto: v02 = = 30 cm3 de H2/min

c) La velocidad media a lo largo de todo el proceso es: v02 = = 24,3 cm3 de H2/min

Es lgico que la velocidad disminuya con el tiempo a medida que desaparecen los reactivos.

d) Si el proceso tiene lugar a 0 C y 1 atm, 1 mol de H2 equivale a 22,4 L. As pues, 24,3 cm3 son 0,0243 L, es decir:

n = = 1,08 103 mol H2; que son 2,16 103 g de H2/min = 2,16 mg de H2/min

e) Por ejemplo, aumentar la temperatura.

0,0243 (L)22,4 (L/mol)

85 (cm3)

3,5 (min)

60 (cm3)

2 (min)

SOLUCIONARIO

Tiempo (minutos)

Volumen de H2(cm3)

50

60

85

321 4


26/32

OLUCIONARIO

37. En un matraz hay 0,065 mol de A y se deja reaccionar para formar B, segn el proceso hipottico: A (g) 2 B (g).

A partir de los datos:

a) Cuntos moles de B hay en cada tiempo considerado?

b) Cul es la velocidad media de desaparicin de A, en mol/s, en cada intervalo de 20 s?

c) Entre t = 20 y t = 60 s, halla la velocidad media de aparicin de B en mol/s.a) En cada tiempo habr el doble de moles de B de lo que ha desaparecido de A; as, podemos hacer la siguiente

tabla:

b) La velocidad media de desaparicin de A, en cada intervalo, se calcula: vA =

v020 = = 7 104 mol/s v2040 = = 4,5 104 mol/s

v4060 = = 3 104 mol/s v6080 = = 2,5 104 mol/s

c) v2060 = = 7,5 104 mol/s

38. De las siguientes parejas de sustancias, algunas tienen su pH intercambiado. Adivina cules.

a) Agua destilada (pH = 5) Caf (pH = 7).

b) Jugo de limn (pH = 2,5) Agua jabonosa (pH = 9).

c) Amoniaco (pH = 4) Cerveza (pH = 12).d) Zumo de naranja (pH = 10,5) Leja (pH = 3,5).

Solo la pareja b tiene el pH correcto; las otras tres tienen el pH intercambiado.

39. Completa y ajusta en tu cuaderno las siguientes reacciones de neutralizacin cido-base.

a) HCl + Ca(OH)2

b) HNO3 + AgOH

c) H2SO4 + NaOH

a) 2 HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2 H2O

b) HNO3 + AgOH AgNO3 + H2O

c) H2SO4+

2 NaOH

Na2SO4+

2 H2O

40. Disponemos de una disolucin acuosa de una sustancia desconocida y al medir su pH resulta igual a 1. Deducequ afirmaciones son verdaderas.

a) Si mojamos en ella un trozo de papel indicador universal, se pone azul muy oscuro.

b) La concentracin de iones H+ ser: 101 = 10 mol/L.

c) Si se pone un clavo de hierro en la disolucin, reaccionar desprendiendo burbujas de H2.

d) Si queremos que la disolucin adquiera pH = 7, podemos neutralizarla con HCl.

e) Si se pone un trocito de mrmol (CaCO3) en ella, se desprenden burbujas de CO2.

a) Falsa. Se pondra rojo fuerte.

b) Falsa. Puesto que pH = log [H+], ser log [H+] = 1; por tanto, [H+] = 101 = 0,1 mol/L.

c) Verdadera. Las disoluciones cidas atacan a los metales desprendiendo hidrgeno.d) Falsa. Puesto que se trata de una disolucin cida, habr que neutralizarla con una base como NaOH.

e) Verdadera. Reacciona con CaCO3 desprendiendo dixido de carbono.

(0,058 0,028) (mol)

40 (s)

(0,034 0,029) (mol)

20 (s)

(0,029 0,023) (mol)

20 (s)

(0,023 0,014) (mol)20 (s)

0,014 (mol)20 (s)

moles de A transformados

tiempo transcurrido

Tiempo (s) 0 20 40 60 80

Moles de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031

Moles de Adesaparecidos

0 0,065 0,051= 0,014 0,065 0,042 = 0,023 0,065 0,036= 0,029 0,065 0,031= 0,034

Moles de B 0 2 0,014 = 0,028 2 0,023 = 0,046 2 0,029 = 0,058 2 0,034 = 0,068

Tiempo (s) 0 20 40 60 80

Moles de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031



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41. A partir de la definicin de pH, calcula:

a) La concentracin molar de iones H+ de una disolucin de pH = 2.

b) El pH de una disolucin de HNO3 de concentracin 0,025 mol/L.

c) El pH de una disolucin de HCl de concentracin 3,65 g/L.

a) pH = log [H+], log [H+] = 2; por tanto, [H+] = 102 = 0,01 mol/L

b) pH = log [H+]; pH = log [0,025] = 1,6

c) Calculamos primero la concentracin molar hallando el nmero de moles que son 3,65 g de HCl (M= 36,5 g/mol).

n=

3,65 (g) / 36,5 (g/mol)=

0,1 mol de HCl; [H

+

]=

[HCl]=

0,1 mol/L; por tanto, pH=

log [H

+

]=

log [0,1]=

1

43. Cierto frmaco para combatir la acidez (HCl) de estmago lleva 500 mg de Al(OH)3 en cada comprimido.

a) Qu reaccin tiene lugar cuando el comprimido llega al estmago?

b) Calcula cuntos gramos de HCl son neutralizados por cada comprimido.

a) Puesto que el exceso de acidez est causado por el HCl, la ingesta del Al(OH)3 genera una reaccin de neutrali-zacin cido-base: 3 HCl + Al(OH)3 AlCl3 + 3 H2O

b) 0,5 g de Al(OH)3 son n = = 0,0064 mol de Al(OH)3

Cada mol, en disolucin, genera tres moles OH, de modo que por cada comprimido tenemos:

0,0064 3 = 0,0192 mol de OH. Por tanto, harn falta otros 0,0192 mol de H+ para neutralizarlos.

As pues, 0,0192 mol de HCl son 0,0192 (mol) 36,5 (g/mol) = 0,7 g de HCl son neutralizados.

44. Los calores de combustin de los cuatro primeros hidrocarburos en kJ/g son:

CH4: 55,6; C2H6: 52; C3H8: 50,4; C4H10: 49,6

a) Transforma los datos en kJ/mol y escribe las ecuaciones termoqumicas ajustadas y completas.

b) Qu puede decirse de la energa especfica de los hidrocarburos? Atendiendo a ella, cul es el ms indicadopara el consumo?

c) Calcula la densidad de energa (kJ/L) del propano (C3H8) a 1 atm y 0 C.

a) CH4: 55,6 (kJ/g) 16 (g/mo) = 889,6 kJ/mol CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 889,6 kJ

C2H6: 52 (kJ/g) 30 (g/mol) = 1560 kJ/mol C2H6 + O2 2 CO2 + 3 H2O + 1560 kJ

C3H8: 50,4 (kJ/g) 44 (g/mol) = 2217,6 kJ/mol C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O + 2217,6 kJ

C4H10: 49,6 (kJ/g) 58 (g/mol) = 2876,8 kJ/mol C4H10 + O2 4 CO2 + 5 H2O + 2876,8 kJ

b) La energa especfica aumenta al disminuir la masa molar, de modo que, si solo atendiramos a este dato, elms indicado para el consumo sera el metano (CH4).

c) 22,4 L desprenden 2217,6 kJ; por tanto, = 99 kJ/L.

45. Analiza los diagramas energticos de la figura.

a) Cules representan procesos exotrmicos y cules endotrmicos? Qu calor se intercambia en cada proceso?

b) Ordnalos de ms lento a ms rpido.

c) Cul sera el orden de rapidez si se invirtiera el sentido de las reacciones?

a) Son exotrmicos los dos primeros (se desprenden 12 y 18 kJ, respectivamente) y endotrmico el tercero (se absor-ben 6 kJ).

b) Cuanto menor es la energa de activacin, ms rpida es la reaccin; por tanto, el orden es 3. < 2. < 1.

c) Si se invirtiera, el orden quedara 2. < 1. < 3., ya que las energas de activacin seran de 43, 30 y 26 kJ, res-pectivamente.

2217,6 (kJ/mol)

22,4 (L/mol)

132

7

2

0,5 (g)

78 (g/mol)

27Energa y velocidad de las reacciones qumicas Unidad 11

SOLUCIONARIO


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46. El valor energtico de la madera es de, aproximadamente, 18 kJ/g; el de la gasolina, de 49 kJ/g, y el del hidrge-no, de 142 kJ/g. Cierta familia consume en un invierno 2 t de madera.

a) Qu cantidad de gasolina y de hidrgeno hara falta para producir la misma energa?

b) Qu productos de reaccin dara la combustin del hidrgeno y en qu cantidad?c) Calcula la densidad de energa de la gasolina (densidad = 0,8 kg/L) y del hidrgeno gas a 0 C y 1 atm.

d) Qu ventajas e inconvenientes ves a cada combustible?

a) Con 2 t se producen 2 106 (g) 18 (kJ/g) = 3,6 107 kJ.Para ello se necesitan 3,6 107 (kJ)/49 (kJ/g) = 7,35 105 g de gasolina; 3,6 107/142 = 2,54 105 g de hidrgeno.

b) Solo produce agua. Un mol de hidrgeno produce 1 mol de agua: n = 2,54 105 (g)/2 (g/mol) = 1,27 105 mol.

Que son 1,27 105 (mol) 18 (g/mol) = 2,29 106 g de agua

c) Un litro de gasolina son 800 g, es decir, 800 (g/L) 49 (kJ/g) = 39 200 kJ/L.

2 g de H2 son 22,4 L, luego 1 L equivale a 0,089 g, es decir, 0,089 (g/L) 142 (kJ/g) = 12,7 kJ/L.

d) Si solo se tratara de valorar su rendimiento por gramo, el hidrgeno es el ms indicado. Si hemos de transportar-lo en el lugar de uso, por ejemplo, en un coche, es ms indicada la gasolina dada su gran densidad de energa.

47. Disponemos de un cubo de antracita de 5 5 5 cm y densidad 1,6 g/cm3.

a) Si en su combustin se desprenden 6200 kJ, halla el calor de combustin de la antracita.

b) Como sabes, existen numerosos tipos de carbn. Analiza su clasificacin en la siguiente pgina de internet:www.e-sm.net/fq4esoc98.

a) Calculamos la masa: 125 (cm3) 1,6 (g/cm3) = 200 g

Calculamos los moles: 200 (g) / 12 (g/mol) = 16,67 mol de CEl calor de combustin es de 6200 (kJ) / 16,67 (mol) = 371,9 kJ/mol.

b) Aparecen descritos en la pgina los cuatro grandes tipos, ordenados de menor a mayor porcentaje de carbn:turba, lignito, hulla y antracita.

48. Se quiere estudiar la velocidad de reaccin entre el carbonato de calcio y el cido clorhdrico:

CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

A medida que avanza la reaccin, el CO2 escapa del erlenmeyer y la masa del con-junto disminuye.

a) Completa en tu cuaderno la tabla del experimento y representa la masa de di-xido de carbono desprendido frente al tiempo.

b) Determina la velocidad media de la reaccin en g CO2/min, en tramos de dosminutos. Por qu no coincide?

c) Qu masa total de dixido de carbono se ha desprendido y cunto carbonatoha reaccionado?

d) Halla la velocidad media de todo el proceso en moles desaparecidos de CaCO3en cada minuto.

a) La tabla completa, incluyendo la masa de CO2 desprendida minuto a minuto,sera la siguiente:

t(min)

Masa totalerlenmeyer

Masa CO2desprendido

0 74,90 g 0,00 g

1 73,12 g 1,78 g

2 71,93 g 2,97 g

3 71,28 g 3,62 g

4 70,86 g 4,04 g

5 70,63 g 4,27 g

6 70,54 g 4,36 g

7 70,50 g 4,40 g

8 70,50 g 4,40 g

OLUCIONARIO


1 2t (min)

3 4 5 6

1

4

2

3

7 8

CO (g)2



SOLUCIONARIO

b) Se calcula la velocidad media de desaparicin de CO2 en cada intervalo: vCO2 =

v02 = = 1,485 g/min v24 = = 0,535 g/min

v46 = = 0,16 g/min v68 = = 0,02 g/min

No coincide, ya que cada vez queda menos reactivo y, lgicamente, la velocidad disminuye.

c) Se han desprendido un total de 4,4 g, que son: = 0,10 mol. Los mismos moles de carbonato que han

reaccionado. Es decir, 0,10 (mol) 100 (g/mo) = 10 g de CaCO3.

d) La velocidad media de todo el proceso ser = 0,014 mol/min.

50. En la reaccin de combustin del pentano (C5H12), sabiendo que se desprenden 3537 kJ/mol:a) Escribe la ecuacin.

b) Dibuja el diagrama energtico del proceso. Por qu decimos que E < 0? Describe los enlaces que se rom-pen y los que se forman.

c) Qu cantidad de energa desprender una bombona de pentano de 10 kg?

d) Cuntos litros de aire (21 % de O2), medidos a 0 C y 1 atm, son necesarios para su combustin?a) C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O + 3537 kJb)E nos da el balance energtico durante el proceso, es decir:

E = Eproductos EreactivosEn este caso significa que Eproductos < Ereactivos, lo que corresponde aun proceso exotrmico, como el que se describe en el diagrama adjun-to.

Se rompen los enlaces CH, CC, del pentano, as como el dobleenlace O=O.

Se forman los enlaces C=O en el CO2 y los enlaces OH en el agua.

c) Calculamos los moles: = 138,89 mol de C5H12

La energa desprendida es 138,89 (mol) 3537 (kJ/mol) = 4,91 105 kJ.

d) Harn falta 138,89 8 = 1111,1 mol de O2, es decir, 1111,1 (mol) 22,4 (L/mol) = 2,49 104 L de O2.

Que son 2,49 104 (L de O2) = 1,19 105 L de aire.100 (L de aire)

21 (L de O2)

10000 (g)

72 (g/mol)

0,10 (mol)

7 (min)

4,4 (g)44 (g/mol)

(4,4 4,36) (g)

2 (min)

(4,04 2,97) (g)

2 (min)

m CO2 (g)

t (min)

(4,36 4,04) (g)

2 (min)

2,97 (g)

2 (min)

E =3537kJ

C5H12+ 8 O2Er

Ep


Energa

2CO2+ 6 H2O

RELACIONA CON TU ENTORNOAutomviles menos contaminantes

1. Seala los gases contaminantes que producen los automviles.

CO, NOx, SOx e hidrocarburos CxHy.

2. Muchos monumentos de nuestro patrimonio artstico presentan importantes daos (mal de la piedra).

a) Describe el proceso o los procesos que originan este dao.

b) Cules son los principales gases contaminantes que intervienen en estos procesos?

c) Qu medidas se podran adoptar para frenar este deterioro del patrimonio arquitectnico y escultrico?

a) Algunos de los gases mencionados se oxidan y se forman cidos fuertes, como el sulfrico y el ntrico, segn elsiguiente proceso esquemtico:

SOx + H2O H2SO4NOx + H2O HNO3El patrimonio construido con piedra caliza experimenta tambin muchos daos, pues la piedra sufre la siguien-te reaccin qumica, proceso conocido como mal de la piedra:

CaCO3 (piedra caliza) + H2SO4 y/o HNO3 (lluvia cida) CaSO4 (yeso) + CO2 + H2O

Es decir, se transforma en yeso, y este es disuelto por el agua con mucha mayor facilidad y, adems, al tener unvolumen mayor, acta como una cua, provocando el desmoronamiento de la piedra.

PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS



OLUCIONARIO

b) Principalmente son dos: el dixido de azufre (SO2, se estima que contribuye en un 60-70 %) y los xidos de nitr-geno (NOx, que contribuyen en torno al 30 %); el porcentaje restante, en torno a un 6%, sera responsabilidad deotras especies qumicas.

c) Las ms elementales son las siguientes:

Usar combustibles limpios, tanto en lo que se refiere a los automviles como en las centrales trmicas, indus-trias, etc.

Fabricar catalizadores cada vez mejores que eliminen las emisiones de los coches.

Limitar la circulacin sobre los cascos antiguos. Si bien no elimina el riesgo de la lluvia cida, que procede deotros lugares, limita otros deterioros, como holln, suciedad, etc.

3. Qu efectos nocivos para la salud provocan los gases que producen los automviles? Infrmate en las siguientespginas web: www.e-sm.net/fq4esoc99ywww.e-sm.net/fq4esoc100

Problemas pulmonares, vasculares y respiratorios, especialmente en nios y ancianos.

A su vez est relacionado con alimentos contaminados, agua, polvo en suspensin, etc.

4. Describe las reacciones qumicas que tienen lugar dentro del catalizador y ajstalas.

Algunas de las reacciones se resumen en el esquema siguiente:

5. Infrmate sobre los biocombustibles en las siguientes pginas web:

www.e-sm.net/fq4esoc101 y www.e-sm.net/fq4esoc102

a) Elabora un informe escrito sobre cmo se obtienen biocombustibles y sus diferentes clases.

b) Prepara y expn una presentacin sobre las ventajas y los inconvenientes de la produccin y utilizacin de bio-

combustible.c) Lleva a cabo una investigacin sobre la tasa de retorno energtico (TRE) de los biocombustibles.

Respuesta libre.

A pesar de que los combustibles de origen vegetal tambin producen CO2 cuando se queman, estas emisiones seven compensadas en gran parte por la absorcin de CO2 durante el crecimiento de esas mismas plantas. As pues,la sustitucin de combustibles derivados de petrleo por biocombustibles reducira de forma efectiva la cantidad deCO2 que se emite a la atmsfera.

Los biocombustibles de primera generacin, que ya se utilizan, consisten en etanol procedente de cultivos como lacaa de azcar, y en biodisel fabricado a partir de aceites vegetales. El etanol se puede mezclar con la gasolina,y el biodisel con el gasleo, y utilizarse en los vehculos actuales sin modificacin alguna.

Los biocombustibles de segunda generacin, procedentes de fuentes de biomasa tales como astillas de madera y

una amplia gama de residuos, sern los sustitutos de la gasolina y el gasleo, con ayuda de tecnologas avanzadasde gasificacin. Son mucho ms limpios que los combustibles fsiles y tienen potencial, a largo plazo, para reducirla dependencia de la UE de los productos petroleros como combustibles para el transporte.

En diciembre del 2005, la Comisin lanz un plan de accin para la biomasa. A partir de l se han propuesto otrosplanes para fomentar un mayor uso de los biocombustibles.

6. En la pgina www.e-sm.net/fq4esoc103 encontrars datos acerca del consumo de energa y de la emisin de CO2debido al transporte. Haz una sntesis.

Respuesta libre.

7. Por cada litro de gasolina consumido, un coche emite, en promedio, 2,3 kg de CO2; por cada litro de gasleo, unos

2,6 kg de CO2. Calcula la cantidad de CO2 emitida por un coche cuando consume los 45 L de gasleo del depsito.Un coche que consume 45 L de gasolina emite 45 (L) 2,3 (kg de CO2/L) = 103,5 kg de CO2.

Un coche que consume 45 L de gasleo emite 45 (L) 2,6 (kg de CO2/L) = 117 kg de CO2.

Gases Reacciones Al pasar por el catalizadorHC (hidrocarburos) CxHy + O2 CO2 + H2O Se transforman en vapor de agua y dixido de carbono

CO (monxido de carbono) CO + O2 CO2 Se transforma en gas dixido de carbono

NOx (xidos de nitrgeno) NOx + O2 N2 + O2Se convierten en N2 (nitrgeno), que representa el 75 %del aire que respiramos.



SOLUCIONARIO

LEE Y COMPRENDELas lejas

1. Qu otra acepcin tiene el trmino leja?

Recibe el nombre de colada.

2. Dnde est el poder limpiador del agua con cenizas?

En la disolucin lechosa que se obtiene del colado de las cenizas.

3. En la segunda parte del Quijote, al terminar de comer, en vez de llevar agua para las manos, qu sustanciasllevan?

Llevan leja para las barbas.

4. Qu productos predominan en la solucin lechosa que se cuela de las cenizas?

Hidrxidos de sodio y de potasio, NaOH y KOH, llamados sosa y potasa custica, respectivamente.

5. Para formar el jabn, qu es necesario?

El jabn se obtiene de la reaccin de cualquiera de ellos, o los dos, con grasas.

6. A qu se llam en latn lixiviare?

Lixiviare = colar; separa lo soluble de lo insoluble.

7. De qu dependen los distintos tipos de lejas?De dos cosas: del rbol del que proceden las cenizas y del procesamiento.

8. Qu es el hipoclorito de sodio?

El hipoclorito de sodio es un oxidante conocido vulgarmente como cloro.

9. Busca informacin acerca de Gabriel Zaid y elabora una breve biografa.

Respuesta libre.


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Autora: Julio Puente Edicin: Nicols Romo, Natividad Espaa Correccin: Jos Luis Guzmn Ilustracin:Ariel Gmez, Pablo Jurado,Drop Ilustracin, Archivo SM Diseo: Pablo Canelas, Alfonso Ruano Maquetacin: Grafilia S.L. Coordinacin de diseo: Jos LuisRodrguez Coordinacin editorial: Nuria Corredera Direccin editorial: Ada Moya

Cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica o transformacin de esta obra s

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