Informe Nº 4-Química General A1

PRACTICA Nº 4

Tipos de Reacciones Químicas

ÍNDICE

Introducción

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Objetivos

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Principios Teóricos Reacción Química Tipos de Reacciones

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Detalles Experimentales Materiales y Reactivos Procedimientos

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Conclusiones

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Bibliografía

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Apéndice

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INTRODUCCIÓN

En este informe se observan e identifican los diferentes tipos de reacciones químicas, así como las nuevas sustancias que se forman, debido a la ruptura y formación de nuevos enlaces. A partir de las observaciones cualitativas de los experimentos que se llevaran a cabo, realizar un estudio de los cambios químicos que ocurren en ellos para clasificarlos de acuerdo al tipo de reacción que se manifiesta y estructurar un modelo acorde al fenómeno.

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OBJETIVOS

• Comprender que los cambios físicos (cambio de color, cambio de olor, emanación de gases, aumento de temperatura, formación de un precipitado) son evidencias de que ocurrió una reacción química. • Reconocer los agentes oxidantes y reductores, así como también obtener la ecuación química balanceada.

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PRINCIPIOS TEÓRICOS REACCIÓN QUÍMICA Las reacciones químicas son procesos en los que una o más sustancias se transforman en otra u otras con propiedades diferentes. Para que pueda existir una reacción química debe haber sustancias que reaccionan y sustancias que se forman. Se denominará reaccionante o reactivo a la sustancia química que reacciona. A las sustancias que se generan debido a una reacción química se les denomina sustancia resultante o producto químico. Los cambios químicos alteran la estructura interna de las sustancias reaccionantes. Generalmente, se puede decir que ha ocurrido una reacción si se observa que al interactuar los “supuestos” reaccionantes se da la formación de un precipitado, algún cambio de temperatura, formación de algún gas, cambio de olor o cambio de color durante la reacción. A fin de expresar matemática una reacción química se hace necesario utilizar una expresión en la cual se señalan los reactivos y los productos. Esta expresión recibe el nombre de ecuación química. Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

Formación de un precipitado

Liberación de un gas

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TIPOS DE REACCIONES A.- POR EL COMPORTAMIENTO DE LOS REACTANTES Adición, Composición, Asociación o Síntesis.- Dos o más sustancias reaccionan para formar un producto. Generalmente las sustancias son elementos químicos. Ejemplos: H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) 1N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) Descomposición.- Un compuesto se descompone para producir elementos y/o compuestos. Generalmente se utilizan agentes energéticos para su desarrollo. Ejemplos: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) 2KCℓO3(s) → 2KCℓ(l) + 3O2(g) 2H2O2(ac) → 2H2O(l) + O2(g)

(Calor) (Calor) (Luz)

Sustitución o Desplazamiento.- Es aquella reacción en la cual un elemento desplaza a otro elemento en un compuesto. Ejemplos: 2HCℓ(l) + Zn(s) → ZnCℓ2(ac) + H2(g) 2KI(ac) + Cℓ2(g) → 2KCℓ(ac) + I2(ac) Fe2O3(s) + 3H2(g) → 3H2O(l) + 2Fe(s) Doble Sustitución, Doble Desplazamiento o Metátesis.- Dos reactantes intercambian iones originando dos nuevos productos AB + CD → AC + BD Ejemplos: NaOH(ac) + HCℓ(ac) → NaCℓ(ac) + H2O(l) AgNO3(ac) + KCℓ(ac) → KNO3(ac) + AgCℓ(ac) CaF2(s) + H2SO4(ac) → CaSO4 (ac) + 2HF(ac)

B.- POR EL COMPORTAMIENTO DE LOS PRODUCTOS Reversible.- Cuando los productos de una reacción pueden volver a reaccionar entre sí, para generar los reactivos iniciales. Se verifica en ambas direcciones, se indica mediante flecha doble. Son las únicas que pueden alcanzar el equilibrio químico.

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Ejemplos: FeCℓ3(ac) + KSCN(ac) ⇄ [Fe(SCN)]Cℓ2(ac) + KCℓ(ac) NH3(g) + H2O(l) ⇄ NH4OH(g) Irreversible.- Ocurre en una sola dirección Ejemplos: 2Na(s) + 2HBr(ac) → 2NaBr(ac) + H2(g) 2KMnO4 + 10FeSO4 + H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + H2O

C.- POR LA ENERGÍA INVOLUCRADA Exotérmica o Exergónica.- Hay liberación de energía en forma de calor. Ejemplo: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) + calor Endotérmica o Endergónica.- Hay absorción de energía en forma de calor Ejemplo: 2Mg(s) + O2(g) + calor → 2MgO(s)

D.- POR EL CAMBIO EN EL NÚMERO DE OXIDACIÓN Reacción Redox.- Hay variación en el número de oxidación de reactantes y productos Ejemplo: (NH4)Cr2O7(s) → N2(g) + Cr2O3(s) + H2O(l)

No Redox.- No hay variación en el número de oxidación. Ejemplo: NaCℓ(ac) + AgNO3(ac) → AgCℓ(pp) + NaNO3(ac)

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DETALLES EXPERIMENTALES Materiales: • • • • • • • •

5 tubos de prueba 1 tubo de prueba con tapa 1 gradilla 1 tubo de desprendimiento de gas 1 mechero de Bunsen 1 piseta 1 caja de fósforos 1Cuba de plástico

Reactivos: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Cobre metálico en viruta FeCℓ3 0,2M H2S(ac) ZnSO4 al 5% en peso KMnO4 0,01M HCℓ 2,0N Mezcla (KCℓO3 + MnO2) Fenolftaleina AgNO3 al 1% en peso CH3COOH 0,1M KCℓ 0,1M CaCℓ2 al 1% Magnesio metálico en viruta Na2CO3 0,1N NH4OH 0,1 y 1M K2CrO4 0,1M Pb(NO3)2 0,1M (NH4)C2O4 al 5% en peso Anaranjado de metilo Papel de tornasol KSCN 0,002M H2SO4 0,1N H2O2 al 3%

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PROCEDIMIENTO A.- Reacción de Desplazamiento 1. Se coloca en un tubo de ensayo unas virutas de Magnesio.

2. Se agrega luego 1mL de HCℓ 2,0N, agitar vigorosamente y se deja en reposo.

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3. Se observa que el HCℓ ataca lentamente al Magnesio y se libera gas hidrógeno.

4. Al cabo de 3 minutos se observa que se forma MgCℓ2.

La ecuación química de la reacción es: Mg(s) + 2HCℓ(l) → MgCℓ2(ac) + H2(g)

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Ahora probamos con el CH3COOH 2,0N 1. Se agrega 1mL de CH3COOH 2,0N.

2. Al cabo de 5 minutos se observa que recién se ha formado el (CH3COO)2Mg(s).

La ecuación química de la reacción es: 2CH3COOH(l) + Mg(S) → (CH3COO)2Mg(s) + H2(g)

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B.- Reacción de Doble Desplazamiento o Metátesis Sin precipitación 1. Se añade en un tubo de ensayo 1mL de Na2CO3.

2. Se añade 2 gotas de indicador anaranjado de metilo.

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3. La solución toma un color amarillo.

4. Luego se añade 1mL de HCℓ 2,0N y se agita, la solución cambia a color rojo.

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La ecuación química de la reacción es: Na2CO3(ac) + 2HCℓ(l) → 2NaCℓ(ac) + CO2(g) + H2O(l) Con precipitación 1. Se añade en un tubo de ensayo 1mL de solución de K2CrO4 0,1M.

2. Se añade 1mL de solución de Pb(NO3)2 0,1M.

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3. Se observa un precipitado amarillo oscuro.

La ecuación química de la reacción es: K2CrO4(ac) + Pb(NO3)2(ac) → PbCrO4(S) + 2KNO3(ac) El precipitado es de color Amarillo más oscuro que el K2CrO4.

C.- Reacción de Descomposición 1. En un tubo de ensayo pirex se adiciona con una espátula aproximadamente 0,2g de la mezcla sólida con el 87.5%de KCℓO3 y 12.5% de MnO2.

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2. Luego de estar la mezcla en el tubo de ensayo se instala el equipo necesario para recoger el gas que se forma.

3. Se sumerge en la cuba con agua un tubo de ensayo lleno de agua en posición vertical, se calienta con el mechero, el tubo de ensayo que contiene la mezcla y enseguida la conexión de la salida debe ser introducida en el tubo con agua de la cuba. Al generarse el oxígeno, desplaza el agua del mismo.

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4. Luego recoger en un tubo de ensayo el gas, taparlo herméticamente reservando el gas para el siguiente experimento. La ecuación química de la reacción es: 2KCℓO3(s)

MnO2

2KCℓ(s) + 3O2(g)

El gas que se recoge es el Oxígeno

D.- Reacción de Adición 1. Con el tubo de ensayo del anterior experimento que contiene oxígeno, se destapa cuidadosamente y se agrega una viruta de cobre previamente calentada e inmediatamente se tapa.

2. Luego de unos segundos el cobre se oxida.

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La ecuación química de la reacción es: Cu(s) + ½ O2g) → CuO(s) Se forma óxido cúprico.

E.- Reacción Redox 1. Se adiciona en un tubo de ensayo 5 gotas de solución de KMnO4 0,1M.

2. Se agrega 1mL de agua destilada para diluirlo un poco.

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3. Se añade 5 gotas de H2SO4 0,1N y luego se agrega gota a gota de H2O2 al 3%

4. Finalmente se decolora la solución.

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La ecuación química de la reacción es: 2KMnO4(ac) + 3H2SO4(ac) + H2O2(ac) → 2MnSO4(ac) + K2SO4(ac) + 3O2(g) + 4H2O(l)

F.- Reacción Reversible 1. Se adiciona en un tubo de ensayo 1mL de FeCℓ3 0,2M.

2. Se añade 1mL de solución de KSCN 0,002M. Se agita y se observa que cambio a un color rojo.

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3. Luego se añade gota a gota con agitación 1mL de solución de KCℓ 0,1M. La solución se aclaró un poco.

4. Finalmente se añade gota a gota con agitación de 1mL de solución de FeCℓ3 0,2M. La solución volvió al color original que es el amarillo, característico del FeCℓ3.

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La ecuación química de la reacción es:

FeCℓ3(ac) + 6KSCN(ac) ⇄ [Fe(SCN)6]K3(ac) + 3KCℓ Amarillo Rojo

G.- Características de Productos 1. Formación de Precipitado Amorfo: 1. Se toma en un tubo de ensayo 1,0mL de solución de ZnSO4 al 5% en peso 2. Se le agrega solución de H2S(ac) recién preparada NOTA: Para preparar una solución de H2S 1. Se calienta pirita de hierro, FeS2 combinada con el HCℓ(l) ambos colocados dentro de un tubo de ensayo con la ayuda de un mechero de bunsen. 2. El gas desprendido, entiéndase H2S(g) se hace pasar por agua en otro tubo de ensayo, para así poder formar la solución de H2S. 3. Las ecuaciones químicas de las reacciones son: FeS2(s) + HCℓ(l) → H2S(g) + FeCℓ2(s) H2S(g) → H2S(l) 3. Finalmente se obtiene el ZnS el cual precipita (es amorfo).

La ecuación química de la reacción es: ZnSO4(ac) + H2S(g) → ZnS(s) + H2SO4(l) Cristalino: a. En un tubo de ensayo se agrega 1mL de solución de (NH4)2C2O4 al 5% en peso. b. Se adiciona 1,0mL de solución de CaCℓ2 al 1% en peso. c. La sustancia que se precipita es de color blanco.

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La ecuación química de la reacción es: (NH4)2C2O4 + CaCℓ2 → CaC2O4 + 2NH4Cℓ Coloidal: 1. En un tubo de ensayo se adiciona 0.5mL de solución de FeCℓ3 0.2M. 2. Luego se agrega 1mL de NH4OH 1.0M. 3. Se forma un coloide de color naranja. La ecuación química de la reacción es: FeCℓ3 + 3NH4OH → Fe(OH)3 + 3NH4Cℓ 2. Sin formación de Precipitado Con Coloración 1. 2. 3.

En un tubo de ensayo se adiciona 1.0mL de solución de K2CrO4 0.1M. Luego se agrega 0.5mL de solución de HCℓ 0.2M. Cambia a color amarillo la solución.

La ecuación química de la reacción es: 2K2CrO4 + 16HCℓ → 2CrCℓ3 + 4KCℓ + 3Cℓ2 + 8H2O Cr2O4-2 + H+ ⇄ Cr2O7 + H2O Cr2O7-2 + OH- ⇄ CrO4-2 + H2O Sin Coloración 1. Se coloca en un tubo de ensayo 1mL de solución de CH3COOH 0.1M. Se verifica la acidez con un pedazo de papel de tornasol y nos da un color rojo claro. 2. Enseguida se agrega al tubo gota a gota con agitación una solución de NH4OH 0.1M hasta neutralización. Se observa el cambio de coloración del papel de tornasol a morado y cuando adquiere carácter básico cambia a azul. La ecuación química de la reacción es: CH3COOH + NH4OH → CH3COONH4 + H2O Usando la fenolftaleina, se comprueba el carácter ácido de la solución al momento de echar la fenolftaleina al ser esta solución incolora. Igualmente cuando la solución es básica, al echar fenolftaleina se torna con un rojo grosella.

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3. Reacciones con formación de Ion Complejo 1. En un tubo de ensayo se adicional 1mL de solución de KCℓ 0.1M. 2. Luego se añade 1mL de solución de AgNO3 al 1% en peso. Se agita y espera que el precipitado sedimente, siendo éste de color blanco. 3. Se decanta la solución al tubo. Al tubo con el sólido se agrega gota a gota con agitación una solución de hidróxido de amonio NH4OH 0.7M hasta la desaparición del precipitado. La ecuación química de la reacción es: KCℓ + AgNO3 → AgCℓ + KNO3 AgCℓ + NH4OH → NH4Cℓ + Ag(OH)

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CONCLUSIONES

•

El NaOH y HCℓ tienen igual normalidad porque los dos en sus respectivas reacciones tienen 1 como parámetro de carga

• En la reacción redox se produce un cambio químico ya que se llega a dar la transferencia de electrones entre elementos o compuestos, por ende se produce tanto una oxidación como una reducción.

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BIBLIOGRAFÍA

9 http://www.dfists.ua.es/experiencias_de_fisica/index05.html 9 http://es.wikipedia.org/wiki/Masa 9 Chang Raymond. Química General. Mc Graw-Hill. México. 20003 9 http://www.monografias.com 9 http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/03anexos/anexo02.htm 9 http://www.arrakis.es/~rfluengo/normas.html

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APÉNDICE 1. ¿Cuál es la diferencia entre reacción química y ecuación química? Una reacción química es todo proceso en el que una o más sustancias (reactantes) sufren transformaciones químicas obteniendo así 2 o más sustancias diferentes a las iníciales (productos). Mientras una ecuación química es la representación simbólica de la reacción química, mostrando a los reactantes y productos, además muestra la proporción en la que se encuentran las sustancias presentes en la reacción química. 2. Cuando se agrega ácido clorhídrico a una pieza de mármol se desprende un gas característico. Represente adecuadamente la reacción y clasifíquela. Ecuación química de la reacción: CaCO3(s) + 2HCℓ(l) → CaCℓ2(s) + CO2(g) + H2O(l) Reacción de simple desplazamiento 3. Seleccione 5 reacciones de la práctica y describa como se pudo identificar experimentalmente los cambios presentados.

A.- Reacción de Desplazamiento 1. 2. 3. 4.

Se coloca en un tubo de ensayo unas virutas de Magnesio. Se agrega luego 1mL de HCℓ 2,0N, agitar vigorosamente y se deja en reposo. Se observa que el HCℓ ataca lentamente al Magnesio y se libera gas hidrógeno. Al cabo de 3 minutos se observa que se forma MgCℓ2.

La ecuación química de la reacción es: Mg(s) + 2HCℓ(l) → MgCℓ2(ac) + H2(g) Ahora probamos con el CH3COOH 2,0N 1. 2.

Se agrega 1mL de CH3COOH 2,0N. Al cabo de 5 minutos se observa que recién se ha formado el MgCℓ2.

La ecuación química de la reacción es: 2CH3COOH(l) + Mg(S) → (CH3COO)2Mg(s) + H2(g)

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B.- Reacción de Doble Desplazamiento o Metátesis Sin precipitación 1. 2. 3. 4.

Se añade en un tubo de ensayo 1mL de Na2CO3. Se añade 2 gotas de indicador anaranjado de metilo. La solución toma un color amarillo. Luego se añade 1mL de HCℓ 2,0N y se agita, la solución cambia a color rojo.

La ecuación química de la reacción es: Na2CO3(ac) + 2HCℓ(l) → 2NaCℓ(ac) + CO2(g) + H2O(l) Con precipitación 1. Se añade en un tubo de ensayo 1mL de solución de K2CrO4 0,1M. 2. Se añade 1mL de solución de Pb(NO3)2 0,1M. 3. Se observa una precipitación. La ecuación química de la reacción es: K2CrO4(ac) + Pb(NO3)2(ac) → PbCrO4(S) + 2KNO3(ac) El precipitado es de color Amarillo más oscuro que el K2CrO4.

C.- Reacción de Descomposición 1. En un tubo de ensayo pirex se adiciona con una espátula aproximadamente 0,2g de la mezcla sólida con el 87.5%de KCℓO3 y 12.5% de MnO2. 2. Luego de estar la mezcla en el tubo de ensayo se instala el equipo necesario para recoger el gas que se forma. 3. Se sumerge en la cuba con agua un tubo de ensayo lleno de agua en posición vertical, se calienta con el mechero, el tubo de ensayo que contiene la mezcla y enseguida la conexión de la salida debe ser introducida en el tubo con agua de la cuba. Al generarse el oxígeno, desplaza el agua del mismo. 4. Luego recoger en un tubo de ensayo el gas, taparlo herméticamente reservando el gas para el siguiente experimento. La ecuación química de la reacción es: 2KCℓO3(s)

MnO2

2KCℓ(s) + 3O2(g)

El gas que se recoge es el Oxígeno

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D.- Reacción de Adición 1. Con el tubo de ensayo del anterior experimento que contiene oxígeno, se destapa cuidadosamente y se agrega una viruta de cobre previamente calentada e inmediatamente se tapa. 2. Luego de unos segundos el cobre se oxida. La ecuación química de la reacción es: Cu(s) + ½ O2g) → CuO Se forma óxido cúprico

E.- Reacción Redox 1. 2. 3. 4.

Se adiciona en un tubo de ensayo 5 gotas de solución de KmnO4 0,1M. Se agrega 1mL de agua destilada para diluirlo un poco. Se añade 5 gotas de H2SO4 0,1N y luego se agrega gota a gota de H2O2 al 3%. Finalmente se decolora la solución.

La ecuación química de la reacción es: 2KmnO4(ac) + 3H2SO4(ac) + H2O2(ac) → 2MnSO4(ac) + K2SO4(ac) + 3O2(g) + 4H2O(l) 4. El azufre en polvo es calentado en presencia de oxígeno, el gas recolectado es puesto en contacto con agua. Represente adecuadamente la(s) reacción(es) que se puede(n) generar y clasifíquela(s). 2S(S) + O2(g) → 2SO(g) S(S) + O2(g) → SO2(g) 2S(S) + 3O2(g) → 2SO3(g) SO(g) + H2O(ℓ) → H2SO2(ℓ) SO2(g) + H2O(ℓ) → H2SO3(ℓ) SO3(g) + H2O(ℓ) → H2SO4(ℓ) 5. Represente adecuadamente la descomposición térmica del bicarbonato de sodio, realiza el balance y nombre adecuadamente los productos de la reacción. 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g) carbonato agua dióxido de carbono de sodio

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6. ¿Qué experimentos se puede realizar en el laboratorio para producir oxígeno gaseoso? Métodos de laboratorio: Se descompone el agua oxigenada en presencia de un catalizador; se utiliza generalmente el dióxido de manganeso: MnO2. 2H2O2 →2H2O + O2 En lugar de utilizar H2O2, se puede utilizar el compuesto metálico correspondiente: Na2O2 ó K2O2 Estos compuestos son destruidos por el agua: 2H2O + 2K2O2 →4KOH + O2 Se puede obtener oxígeno por calcinación de dióxido de manganeso y Clorato de potasio. 3MnO2 → Mn3O4 + O2 2KCℓO3 → 2KCℓ+ 3O2 Realmente no se descompone el clorato de potasio completamente sino hasta una temperatura mucho mas elevada a una temperatura moderada la ecuación correspondiente es la siguiente: 2KCℓO3

KCℓO4 + KCℓ + O2

Para evitar este inconveniente generalmente se mezcla el clorato de potasio con dióxido de manganeso, en el cual el oxígeno se fija primero y luego inmediatamente lo abandona según las reacciones inversas: 4MnO2 + 3O2 2Mn2O7 2Mn2O7 4MnO2 + 3O2 7. Complete las siguientes representaciones, elija las que experimentalmente no general precipitados y fundamente el porqué. Asimismo clasifique cada una de ellas 2KI + Cℓ2 → 2KCℓ + I2 NaOH + 2HCℓ → 2NaCℓ + H2O 2AgCℓ + 4NH3 → 2Ag(NH3)2 + Cl2

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SrCl2 + H2SO4 → SrSO4 + 2HCl CaO + H2O → Ca(OH)2 N2 + 3H2 → 2NH3 + Q No genera precipitado ya que los reactantes son gaseosos Proceso Born-Habber Reacción Exotérmica Reacción de Adición 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O

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