Reacciones químicas

Se desea ajustar la siguiente ecuación química:

$$ \ce{MnO2 + HCl -> MnCl2 + Cl2 + H2O} $$

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Comenzamos por el $\ce{Mn}$: vemos que a la izquierda hay 1 átomo de $\ce{Mn}$ y a la derecha hay también 1 átomo, está ajustado.

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Después miramos el $\ce{O}$: vemos que a la izquierda hay 2 átomos de $\ce{O}$ y a la derecha solo hay 1. Por tanto debemos poner un 2 en la molécula de agua:

$$ \ce{MnO2 + HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2H2O} $$

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Seguimos con el $\ce{H}$: a la izquierda hay 1 solo átomo mientras que a la derecha hay $2\times 2=4$ átomos. Por lo tanto debemos colocar un 4 en el $\ce{HCl}$:

$$ \ce{MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2H2O} $$

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Finalmente el $\ce{Cl}$: como hemos puesto 4 moléculas de $\ce{HCl}$ hay 4 átomos de $\ce{Cl}$ a la izquierda, a la derecha hay 2 átomos de la molécula de cloruro de manganeso(II) y 2 átomos más de la molécula de cloro, 4 en total, con lo que está ajustado y no tenemos que poner nada más.

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La reacción ajustada queda así:

$$ \ce{MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2H2O} $$

El clorato de potasio, $\ce{KClO3}$, se descompone en cloruro de potasio, $\ce{KCl}$, y oxígeno. Calcula la masa de oxígeno que se obtiene al descomponerse $86.8\thinspace\mathrm g$ de clorato de potasio por la acción del calor. $M(\ce{K}) = 39.1\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{Cl}) = 35.5\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{O}) = 16\thinspace\mathrm{g/mol}$.

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Escribimos la ecuación química de la descomposición:

$$ \ce{KClO3 -> KCl + O2} $$

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La ajustamos:

$$ \ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2} $$

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Calculamos las masas molares de todos los compuestos químicos involucrados, en este caso el $\ce{KClO3}$ y el $\ce{O2}$: \begin{align*} M(\ce{KClO3}) &= M(\ce{K}) + M(\ce{Cl}) + 3\cdot M(\ce{O}) \\ &= 39.1\thinspace\mathrm{g/mol} + 35.5\thinspace\mathrm{g/mol} + 3\cdot 16\thinspace\mathrm{g/mol} = 122.6\thinspace\mathrm{g/mol} \\ M(\ce{O2}) &= 2\cdot M(\ce{O}) = 2\cdot 16\thinspace\mathrm{g/mol} = 32\thinspace\mathrm{g/mol} \end{align*}

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Para relacionar los gramos de clorato de potasio con los gramos de oxígeno utilizamos los tres pasos del cálculo masa-masa:

$$ 86.8\thinspace\mathrm{\cancel{g_{\ce{KClO3}}}}\cdot \frac{1\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{KClO3}}}}}{122.6\thinspace\mathrm{\cancel{g_{\ce{KClO3}}}}}\cdot \frac{3\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{O2}}}}}{2\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{KClO3}}}}}\cdot \frac{32\thinspace\mathrm{g_{\ce{O2}}}}{1\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{O2}}}}} = 34.0\thinspace\mathrm{g_\ce{O2}} $$

El ácido clorhídrico reacciona con el hidróxido de calcio para producir cloruro de calcio y agua. Calcula el volumen de ácido clorhídrico 0.25 M que se necesita para reaccionar con 50 mL de hidróxido de calcio 0.5 M.

$$ \ce{2HCl(ac) + Ca(OH)2(ac) -> CaCl2(ac) + 2H2O(l)} $$

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\begin{align*} 50\thinspace\mathrm{\cancel{mL_{\ce{Ca(OH)2}}}} & \cdot \frac{1\thinspace\mathrm{\cancel{L_{\ce{Ca(OH)2}}}}}{1000\thinspace\mathrm{\cancel{mL_{\ce{Ca(OH)2}}}}} \cdot \frac{0.5\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{Ca(OH)2}}}}}{1\thinspace\mathrm{\cancel{L_{\ce{Ca(OH)2}}}}} \\ & \cdot \frac{2\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{HCl}}}}}{1\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{Ca(OH)2}}}}}\cdot \frac{1\thinspace\mathrm{L_{\ce{HCl}}}}{0.25\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{HCl}}}}} = 0.2\thinspace\mathrm{L_{\ce{HCl}}} \end{align*}

Calcula el volumen de hidrógeno, medido a $25\thinspace\mathrm{^\circ\mathrm C}$ y $0.98\thinspace\mathrm{atm}$, que se desprende al hacer reaccionar $41.4\thinspace\mathrm g$ de sodio en agua:

$$ \ce{2Na(s) + 2H2O(l) -> 2NaOH(aq) + H2(g)} $$

$M(\ce{Na}) = 23\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{H}) = 1\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{O}) = 16\thinspace\mathrm{g/mol}$.

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La ecuación nos la dan ya escrita y ajustada. Notar las letras entre paréntesis, que indican el estado de agregación de cada compuesto químico:

• (s) $\rightarrow$ sólido
• (l) $\rightarrow$ líquido
• (g) $\rightarrow$ gas
• (aq) $\rightarrow$ en disolución acuosa (aqueous en inglés)

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Calculamos lo primero las masas molares de los compuestos involucrados: \begin{align*} M(\ce{Na}) &= 23\thinspace\mathrm{g/mol}\text{ (me lo daban como dato)} \\ M(\ce{H2}) &= 2\cdot M(\ce{H}) = 2\cdot 1\thinspace\mathrm{g/mol} = 2\thinspace\mathrm{g/mol} \end{align*}

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A partir de los gramos de $\ce{Na}$ calculamos los moles de $\ce{H2}$ que se desprenderán, utilizando los dos primeros pasos del cálculo masa-masa:

$$ 41.4\thinspace\mathrm{\cancel{g_{\ce{Na}}}}\cdot \frac{1\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{Na}}}}}{23\thinspace\mathrm{\cancel{g_{\ce{Na}}}}}\cdot \frac{1\thinspace\mathrm{mol_{\ce{H2}}}}{2\thinspace\mathrm{\cancel{mol_{\ce{Na}}}}} = 0.9\thinspace\mathrm{mol_\ce{H2}} $$

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Para relacionar la cantidad de hidrógeno que se desprende (medida en mol) con el volumen (medido en L), utilizamos la ecuación de los gases ideales:

$$ pV = nRT $$

Cuidado porque la temperatura $T$ la tenemos que pasar a K: \begin{align*} T(\mathrm K) &= T(^\circ\mathrm C) + 273 \\ &= 25\thinspace ^\circ\mathrm C + 273 = 298\thinspace\mathrm K \end{align*}

Despejamos el volumen $V$:

$$ V = \frac{nRT}{p} = \frac{0.9\thinspace\mathrm{\cancel{mol}} \cdot 0.082\thinspace\frac{\mathrm{\cancel{atm}\thinspace L}}{\mathrm{\cancel{mol}\thinspace \cancel{K}}}\cdot 298\thinspace\mathrm{\cancel{K}}}{0.98\thinspace\mathrm{\cancel{atm}}} = 22.4\thinspace\mathrm{L_\ce{H2}} $$