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QUIMICA Gua de estudio para el examen de ingreso a la UNAM

Sac Nicte Gmez Barrera 27

BLOQUE 2

INDICE DEL BLOQUE

Tema 8. Tipos de reacciones Tema 9. Balanceo por tanteo Tema 10. Agua Tema 11. cidos y bases Tema 12. Aire Tema 13. Oxido- reduccin

QUIMICA BLOQUE 2 Gua de estudio para el examen de ingreso a la UNAM


TEMA 8. REACCIONES QUIMICAS

REACCION QUIMICA. Se define como un proceso en donde una o ms sustancias (reactivos) se transforman en otras sustancias diferentes (productos), dicho proceso se representa mediante una ecuacin qumica.

8.1 Partes de una reaccin qumica

A + B AB

Reactivos Productos

2AB + C2D A2D + 2CB

COEFICIENTES: Numero de molculas del compuesto. SUBINDICES: Numero de tomos del elemento en el que se encuentra. LETRA SUBINDICE: indica el estado de agregacin en el que se encuentra el compuesto o el elemento en la reaccin.

: Indica la direccion de la reaccion, cunado la flecha es doble: Indica que la reaccin es reversible.

8.2 Tipos de reacciones qumicas

Sntesis A + B AB

Ejemplo: H2 + O2 H2O

Descomposicin AB A+B

Ejemplo: HgO Hg + O2

Sustitucin simple A+B- + C- A+C- + B-

Ejemplo: 2NaI + Br2 2NaBr + I2



Doble Sustitucin

A+B- + C+D- A+D- + C+B-

Ejemplo: HCl + NaOH NaCl + H2O

De Neutralizacin ACIDO + BASE SAL + AGUA

Ejemplo: HCl + NaOH NaCl + H2O

EJERCICIOS DE REPASO DE TEMA 8.

1) Menciona que tipo de reacciones son las siguientes: a) N2 + 3H2 2NH3 b) 2KOH + H2SO4 K2SO4 + 2H2O c) MgCO3 MgO + CO2 d) NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 e) 2 Zn + 2HCl 2 ZnCl + H2 f) HgO Hg + O2

2) Completa las siguientes reacciones:

a) H2 + Cl2

b) 4Al + 2 Al2O3

c) Cl2O3 + H2O

d) + NH3

e) Na2O Na+

f) H2SO4 + KOH

g) H2O +

h) H2S + AgNO3

i) H2SO4 + LiOH H2O



TEMA 9. BALANCEO POR TANTEO

El balanceo de reacciones cumple con la ley de conservacin de la materia: La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma

Entonces en una reaccin qumica no puede aparecer o desaparecer materia, por lo tanto es necesario balancearla. El mtodo de balanceo por tanteo es utilizado para ecuaciones sencillas y consiste en colocar coeficientes a la izquierda de cada molcula, hasta tener igual nmero de tomos de cada elemento tanto en reactivos como en productos. Ejemplo 1:

N2 + H2 NH3 PASO 1: ACOMODAR Y CONTAR Escribir los elementos que hay en toda la reaccin de bajo de la flecha en el siguiente orden: 1 Metales 2 No metales 3 Hidrogeno 4 Oxigeno Ya ordenados, contar el nmero de tomos que hay de un elemento en los reactivos y anotarlos. Hacer lo mismo con los productos (SE DEBE BALANCEAR EN ESTE ORDEN):

N2 + H2 NH3 2 N 1 2 H 3 PASO 2: EMPEZAR A BALANCEAR En esta ecuacin hay dos tomos de nitrgeno en los reactivos, por tanto se debe colocar coeficiente 2 al NH3, para que en los productos quede el mismo nmero de tomos de dicho elemento.

N2 + H2 2 NH3

2 N 1 2 2 H 3 6 Al colocar este coeficiente tenemos en el producto seis tomos de hidrgeno; para balancearlos hay que colocar un coeficiente 3 al H2 reactivo:

N2 + 3 H2 2 NH3

2 N 1 2 6 2 H 3 6 La ecuacin ha quedado equilibrada. El nmero de tomos de cada elemento es el mismo en reactivos y productos.



Ejemplo 2:

Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O 1 Al 2 1 S 3 5 H 2 7 O 13

Primero balanceamos el metal aluminio: 2 Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O 2 1 Al 2 1 S 3 8 5 H 2 10 7 O 13 *Recuerda que al poner el coeficiente no solo se modifica el elemento deseado, sino tambin todos los que estn en el compuesto, as que hay que contar de nuevo cada uno de ellos Luego seguimos con el azufre: 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O 2 1 Al 2 3 1 S 3 12 8 5 H 2 18 10 7 O 13 Finalmente continuamos con el hidrgeno, el oxgeno resulta balanceado automticamente:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O. 2 1 Al 2 3 1 S 3 12 8 5 H 2 12 18 10 7 O 13 18

EJERCICIOS DE REPASO DE TEMA 9.

1) Balancea por tanteo las siguientes reacciones:

a) Al + HCl AlCl3 + H2

b) Ca+ HCl CaCl2 + H2

c) Zn + HCl ZnCl2 + H2

d) FeS + O2 Fe2O3 + SO2

e) CO2 + H2O C6H12O6 + O6

f) Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + NaCl



TEMA 10. AGUA

10.1 Estructura

La molcula del agua est constituida por 2 tomos de hidrogeno unidos por un enlace covalente a 1 tomo de oxigeno -Geometra Molecular: Angular -Angulo entre H: 104.9 -Molcula polar: Este hecho es debido a que el Oxigeno est muy cerca de completar su octeto, al formar el enlace con los Hidrgenos les quite su electrn a cada uno de ellos, esto provoca que en la molcula del agua se forme una carga parcial negativa (-)en el O y una carga parcia positiva (+) en H. Esto provoca que el agua sea una molcula polar -Formacin de puentes de H (interaccin intermolecular) Se debe a que al ser polar se generan fuertes atracciones intermoleculares, provocando que los Hidrgenos con sus + de una molcula de agua sean atrados al Oxgeno con su - de otra molcula de agua circundante. A esta fuerza de atraccin se le conoce como puentes de hidrogeno. En el siguiente dibujo se muestra la diferencia entre el enlace covalente entre oxigeno e hidrgenos en una molcula de agua y el puente de hidrogeno entre hidrogeno y oxigeno de 2 molculas de agua: Enlace covalente entre Oxigeno e hidrogeno Puente de hidrogeno entre Oxigeno e hidrogeno de 2 de una molcula de agua. molculas de agua.

Esta propiedad explica que el punto de ebullicin sea ms alto de lo esperado, como tambin el hecho de que el hielo flote.



10.2 Propiedades

FISICAS QUIMICAS

Liquido incoloro, inodoro e inspido Buen disolvente para reacciones acido-base

Punto de congelacin 0C ( a 760 mmHg ) Fuente principal para la formacin de H2 Punto de fusin 100C (varia con la presin)

Densidad: 1g/mL H2O + Oxido metlico Base

Capacidad calorfica: 4.18 J/gC (liquido) H2O + Oxido no metlico Acido

Puede variar su volumen con el cambio de temperatura

Es anftero: es capaz de comportarse como un acido o como una base, dependiendo de con quien se encuentre.

10.3 Contaminacin del agua.

TIPOS DE CONTAMINANTES:

TEMA 11. ACIDOS Y BASES

Cmo podemos distinguir una acido o una base de manera sencilla? ACIDOS: Sustancias de sabor agrio, corrosivas con el metal y la piel, solubles en agua y generalmente conducen electricidad. Cambian el papel tornasol a rojo BASES: Sustancias con apariencia jabonosa, sabor amargo, solubles en agua y generalmente conducen electricidad. Cambian el papel tornasol a azul.



11.1 Teoras acido-base.

ARREHNIUS.

Acido: Sustancias que en solucin acuosa se disocia en iones H+ (protones)

H2CO3 C + 2 H+

Base: Sustancia que en solucin acuosa se disocia en iones OH- (hidroxilo)

NaOH Na+ + OH-

Cuando solo se produce un protn por molcula de acido, se dice que este acido es monoprtico: HCl, HNO3, HF etc.

Cuando se producen 2 o ms protones por molcula de acido se dice que es un acido poliprtico: H2SO4, H2CO3, H3PO4 etc.

El inconveniente de la teora de Arrehenius radicaba en que hay sustancias que no poseen hidrogeno y dan protones, as como bases, como el amoniaco, que al ser disueltas en agua provocan un aumento en hidrxilos. BRNSTED-LOWRY. (La teora tambin es llamada de intercambio protnico)

Acido: Sustancias que donan protones H+ (protn) Bases: Sustancias que aceptan protones H+ (proton)

NH3 + HF N + F-

Para determinar cul es el acido y cul es la base, tenemos que ver quien dona el protn y quien lo acepta.

NH3 + HF N + F-

Base cido En la reaccin directa (de reactivos a productos) el HF dona el protn al NH3, por lo tanto l es el acido y el amoniaco la base, sin embargo la reaccin es reversible por lo que tenemos que realizar el mismo anlisis pero ahora de productos a reactivos (reaccin inversa), en donde al nuevo acido y base sern llamados conjugados:

NH3 + HF N + F-

Base cido cido conjugado Base conjugada Entonces decimos que:

- Todo cido tiene una base conjugada, que se forma al quitar un protn al cido - Toda base tiene un acido conjugado, que se forma al ponerle un protn a la base.



A un cido y una base, como HA y A-, que difieren slo en la presencia o ausencia de un protn se les conoce como par conjugado cido-base:

HNO2 (ac) + H2O (l) NO2- (ac) + H3O

+ (ac) Acido Base Base conjugada Acido conjugado Una sustancia que es capaz de actuar ya sea como cido o como base se describe como anfotrica o anftera, un ejemplo de estas es el agua:

2H2O H3O+ + OH- H2O H

+ + OH-

Acido base LEWIS.

cidos: Sustancias que aceptan pares electrones (BF3, BCl3) Bases: Sustancias que donan pares de electrones (NH3, OH

-)

11.2 Clasificacin de cidos bases: constante de disociacin, pH y

pOH.

La fuerza de los cidos o bases depende de dos factores:

I. Su disociacin: La disociacin de un acido o de una base se mide mediante una constante de disociacin, si la constante de disociacin es grande entonces el acido o la base son fuertes, y si es pequeo son dbiles.

HA H+ + A- NH4OH NH4+ + OH-

HA

AHKa HCN

.

.

OHNH

OHNHKb OHNH

4

4 .4

II. Su pH

El pH (potencial hidrogeno) se define como la concentracin de iones H+ presentes en una disolucin. Para llegar a la ecuacin de pH y pOH se parte de lo siguiente: -El agua tiene una constante de disociacin KW que es la constante de formacin de iones hidronio e hidroxilo:

2H2O H3O+ + OH- H2O H

+ + OH-

Kw = [H3O+] [OH-] = 1 x 10-14 O bien Kw = [H+] [OH-] = 1 x 10-14

En donde podemos observar que:

[H+] [H3O+] = 1 x 10-7

[OH-] = 1 x 10-7



- Para los cidos: El pH se calcula de manera directa

- Para las bases: Primero se calcula el pOH Y luego se sustituye el valor de pOH en la siguiente ecuacin:

ESCALA DE pH:

En el siguiente cuadro se muestra como identificar cuando un acido o base es fuerte o dbil debido a los dos factores antes mencionados:

ACIDO BASE

FUERTE -Se ioniza con gran facilidad, su

base conjugada es dbil.

- Ka grande casi 1

-pH entre 1-3 (HNO3,HCl)

-se ioniza con facilidad, su

acido conjugado es dbil.

- Kb grande casi 1

-pH entre 12-14 (KOH, NaOH)

DEBIL -No se ioniza con facilidad, su

base conjugada es fuerte.

- Ka casi 0 (muy pequea)

-pH entre 4-6.9 (H2CO3, H3PO4)

-No se ioniza con facilidad, su

acido conjugado es fuerte.

- Kb casi 0 (muy pequea)

-pH entre 8-11 (NH4OH, NH3)

pH = -log [H+]

pOH- = -log [OH-]

pH= 14 - pOH

H2O

Sales



INDICADORES Para determinar experimentalmente la acidez o basicidad de una sustancia, generalmente se usan indicadores colorimtricos:

11.3 Reacciones de Neutralizacin

Una reaccin de neutralizacin se lleva a cabo entre un acido y una base para formar productos neutros: H2O y una sal:

HCl + NaOH NaCl + H2O Sin embargo tambin es posible que las sales formadas tambin sean: SALES ACIDAS. Se forman por la sustitucin parcial de los hidrgenos del acido por el metal de la base.

H3PO4 + 2 NaOH Na2 H PO4 + 2 H2O sal monocida (fosfato monocido de sodio) 2H2CO3 + NaOH NaHCO3+ 2 H2O sal monocida (bicarbonato de sodio o carbonato acido de sodio)



SALES BASICAS. Se forman cuando los hidroxilos (OH-) no han sido remplazados en su totalidad por aniones del cido.

HNO3 + Ca (OH)2 H2O + Ca(OH)NO3 Sal monobsica (hidroxo nitrato de calcio)

11.4 Electrolitos.

Es cualquier sustancia que contiene iones libres o bien que al disociarse forman iones en disolucin por lo tanto conducen electricidad. -Disociacin: Separacin en iones de un compuesto durante el proceso de disolucin. - Ionizacin: formacin de iones por medio de una reaccin qumica.

EJERCICIOS DE REPASO DE LOS TEMAS 10 Y 11 .

1) Completa las siguientes reacciones cido-base, indicando quien es el cido y la base, y cules sus conjugados:

a) HA + B

b) HCl + NH3

c) HNO3 + H2O

2) Escribe (V) para verdadero o (F) para falso segn corresponda: a) ______Una base le Lewis es aceptora de H + b) ______A un cido fuerte le corresponde una base conjugada dbil. c) ______El pH de una sal es 7 d) ______Un acido de Arrehenius es aquel que en solucin de disocia en H+ e) ______Segn la teora de Brnsted, un cido y su base conjugada difieren en un protn f) ______Un acido puede ser definido como una especie que entrega OH g) ______Los cidos y bases no son electrolitos h) ______La fuerza de un acido es inversamente proporcional a su grado de disociacin i) ______La neutralizacin ocurre entre dos cidos de distintas concentraciones j) ______El grado de disociacin nos indica si una sustancia es acida o bsica k) ______Cuando el agua se mezcla con un hidrxido se comporta como acido l) ______ El pH desagua no cambia al agregarle una base

3) Entre el tramo carretero de la ciudad de Tuxtla Gutirrez y Chiapa de Corzo se despliega un operativo, debido a que volc una pipa que almacenaba 60 mil litros de cido clorhdrico.

Cul es el argumento que ofrece la solucin al accidente? a) Limpiar la carretera con arena, ya que as se reduce la accin corrosiva del cido b) Limpiar con chorros de agua, porque el agua diluye el cido c) Agrega cloruro de sodio que al reaccionar con el cido produce una base, provocando su neutralizacin d) Neutralizar el cido con hidrxido de sodio, porque produce una disolucin inocua de cloruro de sodio



EJERCICIOS DE REPASO DE LOS TEMAS 10 Y 11 .

4) La fenolftalena en una reaccin acido-base sirve como: a) Un catalizador b) Indicador c) Un acido de Lewis d) Protena

5) Una solucin acuosa tiene una concentracin de 0.003 M de HNO3. Determina el pH y el pOH.

6) De la siguiente reaccin acido-base menciona cual es el acido cual es la base y sus pares

conjugados:

HF + H2O H3O+ + F-

7) Cmo se define un acido y una base de Lewis?

8) Se midi el pH de la orina de Leonardo DiCaprio, actor britnico, ste fue de 5.4. Determina la

concentracin de iones hidrgeno de la orina.

9) El gatorade, una bebida popular para calmar la sed, tiene una concentracin de in hidrgeno

de 8X10-4 mol/L. Calcula su pH y pOH.

10) Identifica las siguientes especies qumicas como cidos o bases de acuerdo a las tres definiciones

qu conoces

a) BF3 ___________________________ b) NH4+ __________________________ c) HClO _________________________ d) H2O __________________________ e) CH3COO- ______________________

11) El pH de la lluvia cida es de 3.99 Cul es la concentracin de iones hidrogeno? Cul es su pOH? Cul es la concentracin de iones OH-?



Proceso del efecto invernadero

TEMA 12. AIRE

El aire es una mezcla homognea de gases.

12.1 Componentes del aire

Otros gases: CO2 , vapor de agua, NO2, Ar, H2, He, Ne, hidrocarburos y mas xidos de carbono y nitrgeno.

12.2 Contaminacin del aire

LLUVIA ACIDA La lluvia cida es provocada por los humos y los gases emitidos por los automviles y las industrias. Estos humos y gases emitidos suelen ser xidos de azufre y nitrgeno, los que al reaccionar con el vapor de agua, provocan que la lluvia contenga cido sulfrico y/o cido ntrico. EFECTO INVERNADERO Es un fenmeno por el cual ciertos gases (GEI) retienen parte de la energa emitida por el suelo tras haber sido calentado por la radiacin solar. Se produce, por lo tanto, un efecto de calentamiento similar al que ocurre en un invernadero, con una elevacin de la temperatura. Los principales Gases de Efecto Invernadero son: 1 Oxido de Carbono (CO2) 2 Monxido de carbono (CO) 3 xido Nitroso (N2O) 4 Clorofluorocarbonos llamados CFC (CF2Cl2, CFCl3) 5 Metano (CH4)



12.2 Reacciones con oxigeno

Las reacciones que se llevan a cabo en presencia de oxigeno son dos:

1) COMBUSTIN

Combustible + Comburente CO2 + H2O + ENERGIA -Combustible: cualquier hidrocarburo; gasolina, azcar, madera, papel, alcohol, etc. -Comburente: Oxigeno (O2) -: energa en forma de calor

2) XIDO-REDUCCIN REDOX En esta reaccin ocurren 2 procesos simultneos; una oxidacin y una reduccin de dos elementos. Esta reaccin la analizaremos a fondo en el siguiente tema

EJERCICIOS DE REPASO DE LOS TEMAS 12 .

1) La lluvia acida contiene a) H2CO3 b) HCl c) H2SO4 d) H2S

2) Uno de los principales causantes del efecto invernadero es: a) O3 b) S c) NO2 d) CO2

3) En una reaccin de combustin: a) Se produce Metano, agua y energa b) El oxigeno es el comburente c) Los productos son hidrocarburos d) Los combustibles pueden ser cidos y bases

4) Un ejemplo de contaminante atmosfrico perteneciente a los CFC es :

a) CF2Cl4I b) CF2Cl2 c) CF2C4 d) CFeC4



p+= +17 p+= +17 e- = -18 e-= - 17 -1

0

El Cl- perdi 1e- al pasar a Cl0

p+= +17 p+= +17 e- = -18 e-= - 20 -1

-3

El Cl- gano 2e- al pasar a Cl-3

TEMA 13. XIDO-REDUCCIN (REDOX)

Como ya se mencion en el tema anterior en las reacciones de xido-reduccin ocurren dos procesos simultneos: -La oxidacin: perdida de electrones, por ejemplo; - 0

-La reduccin: ganancia de electrones, por ejemplo; - -3

- Agente oxidante: promueve la oxidacin, por lo tanto se reduce. - Agente reductor: promueve la reduccin, por lo tanto se oxida. Para identificar fcilmente la oxidacin y reduccin usa la recta numrica: OXIDACIN

REDUCCIN

13.1 Numero de oxidacin

Para poder saber si un elemento en una reaccin qumica se oxida o se reduce es necesario

conocer el nmero o estado de oxidacin que presenta en los compuestos en reactivos y

productos, para ello tendremos las siguientes reglas:

a) Si el compuesto es neutro, la suma de las cargas del catin y del anin es cero. b) El hidrogeno siempre vale +1, a menos que sea un hidruro (metal + hidrogeno) valdr -1. c) El oxigeno siempre vale -2. d) Los elementos de la familia: I, II y IIIA valen; +1, +2, +3 respectivamente. e) Solo si son aniones, los elementos de la familia VI y VIIA valen -2 y -1 respectivamente.



- 4e-

+ 3e-

Ejemplos: 1) CO2 CO2 x+y = 0 Cada oxigeno vale -2 x+(-4) =0 Los nmeros de oxidacin pero como hay dos, x=+4 son: la cuenta global del anin es -4 C: +4 y O: -2

2) H2O H2O-2 H2O

-2 =0 x -2=0 +2-2=0 +2-2=0 x=+2 Como hay 2 H las Los nmeros de oxidacin 2 cargas positivas del son: catin se reparten entre -H: +1 los 2 tomos de hidrogeno -O: -2 3) Mg(OH)2 Mg(O

-2H+1)2 Mg+2(O-2H+1)2

=0 x -4 +2 = 0 Los nmeros de oxidacin El subndice indica x=+4-2=+2 son: que hay 2 molculas - H: +1 de OH en el compuesto - O: -2 por lo tanto afecta al H y al O -Mg: +2

13.2 Reacciones Redox

Para identificar una reaccin Redox, es necesario conocer la especie (elemento) que se oxida, la

que se reduce, el agente oxidante y el agente reductor, para lo cual seguiremos los siguientes

pasos:

1) Encontrar el numero de oxidacin de cada elemento en la reaccin:

+ +

+2-2 =0 +1 +7 -8 =0 +1 +3 -4 =0 +4 -4 =0 +1 +7 -8 =0 +1 -2 +1=0

2) Identificar los elementos que cambian su estado de oxidacin, comparando reactivos con

productos

+ +

3) Encontrar el nmero de electrones ganados y perdidos por cada especie e identificar los

cuatro trminos deseados.

pierde e- por lo tanto se oxida; agente reductor.

gana e- por lo tanto se reduce; agente oxidante.



EJERCICIOS DE REPASO DE LOS TEMAS 13.

1) Para que un proceso sea considerado Redox necesariamente debe ocurrir: a) Se forman enlaces covalentes. b) Hay intercambio de . C) Participa H+

2) Un tomo o Ion experimenta oxidacin cuando:

a) Cede y aumenta su carga positiva. b) Cede y disminuye su carga positiva. c) Cede y aumenta su carga negativa.

3) Escribe el numero de Oxidacin para los elementos de los siguientes compuestos:

a) KMnO4 b) Al(OH)3 c) ZnSO4 d) Ca3(PO4)2 e) N2O3

4) En cul de las siguientes reacciones ocurre una oxidacin:

a) N+3 N-3

b) N0 N+3

c) N+3 N0

5) En la siguiente reaccin: Zn(s) + Cu2+

(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

a) Cu(s) es el agente reductor y Zn(s) es el agente oxidante. b) Zn(s) es el agente reductor y Cu(s) es el agente oxidante. c) Zn2+ es el agente reductor y Cu2+ es el agente oxidante. 6) En la siguiente reaccin: Fe2+(aq) + Ag

+(aq) Fe

3+(aq) + Ag(s)

a) Fe2+ se oxida y Fe3+ se reduce b) Fe2+ se oxida y Ag+ se reduce c) Ag+ se oxida y Ag(s) se reduce. d) Ag+ se oxida y Fe2+ se reduce. e) Ag+ se oxida y Fe3+ se reduce.

7) Da das la siguientes reacciones responde los incisos:

I) Br2 + KOH KBr + KBrO3 + H2O

I) KMnO4 + NH3 KNO3 + MnO2 + KOH + H2O a) Identifica el nmero de oxidacin de cada elemento en las reacciones b) Identifica el nmero de electrones intercambiados, la oxidacin y la reduccin. c) Identifica el agente oxidante y el agente reductor

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