173611279-Tema-11

GU Í A DI DÁC T IC A
U N I DA D
11
ESO
Energía y velocidad
de las
reacciones químicas
4
CONTENIDO
1 Programación de aula* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 Sugerencias didácticas y soluciones
Presentación de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Contenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Trabajo en el laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pon a prueba tus competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Incluye una Matriz de evaluación de competencias . . . . . . . . . .
6
6-7
7
8
9
3 Actividades de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Actividades de ampliación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 Propuestas de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6 Solucionario de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
* Esta programación y la concreción curricular de tu comunidad autónoma podrás encontrarlas
en el CD Programación y en <www.smconectados.com>.
Programación de aula
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Primero se describe la característica principal de las reacciones químicas: la ruptura de enlaces y/o la formación de
otros enlaces nuevos. El modelo de colisiones proporciona aporte conceptual a todo el tema y permite argumentar, predecir y explicar lo que ocurre dentro de una reacción química.
A continuación se describen las reacciones endotérmicas y exotérmicas, y se explican los diagramas energéticos y las
ecuaciones termoquímicas. Un tipo importante de reacciones exotérmicas son las reacciones de combustión, que no
deben confundirse con las de oxidación. La unidad describe los combustibles y los problemas medioambientales generados con su uso.
La descripción de la velocidad de las reacciones químicas utiliza el mismo modelo de colisiones: se establece el concepto de “velocidad de reacción”. Se estudian a continuación los factores que influyen en la velocidad de las reacciones, con especial atención a los catalizadores.
Seguidamente se estudia un tipo especial de reacciones rápidas: las neutralizaciones ácido-base, repasando lo esencial de las disoluciones ácidas y básicas, y definiendo el pH de una disolución.
Los contenidos están relacionados con el bloque del currículo oficial, Estructura y propiedades de las sustancias.
Las competencias que se trabajan especialmente en esta unidad sonla competencia en comunicación lingüística,la competencia matemática, la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico, el tratamiento de la información y competencia digital, y la competencia para aprender a aprender.
CRITERIOS
DE EVALUACIÓN
OBJETIVOS
1. Empleo del modelo de colisiones
para conocer e interpretar los
aspectos energéticos de las reacciones químicas.
1.1. Describir las reacciones endotérmicas y
exotérmicas, e interpretar los diagramas
energéticos.
1.2. Interpretar las reacciones de combustión
y valorar las propiedades y riesgos de los
combustibles.
2. Utilización del modelo de colisiones para conocer e interpretar los
aspectos cinéticos de las reacciones químicas.
2.1. Conocer el significado de velocidad de reacción, tanto en función de los reactivos
como de los productos.
2.2. Explicar la influencia de los factores que
pueden modificar la velocidad de una reacción química.
3. Descripción de las propiedades de
los ácidos y las bases e interpretación de las reacciones de neutralización.
3.1. Conocer las propiedades de los ácidos y
las bases, el concepto de pH y describir las
reacciones de neutralización.
COMPETENCIAS
BÁSICAS
• Competencia en comunicación lingüística.
• Competencia matemática.
• Competencia en el conocimiento y la interacción con
el mundo físico.
• Tratamiento de la información y competencia digital.
• Competencia para aprender a aprender.
CONTENIDOS
Ruptura y formación de enlaces; balance energético. El
modelo de colisiones.
– Utilizar gráficos y modelos moleculares para representar la formación y ruptura de enlaces.
Intercambios energéticos en las reacciones químicas:
reacciones exotérmicas y endotérmicas.
Diagramas energéticos y ecuaciones termoquímicas.
– Realizar e interpretar diagramas energéticos.
Reacciones de combustión. Combustibles. Densidad de
energía y energía específica.
La velocidad de las reacciones químicas. Medida de la
velocidad de reacción. Cálculos de velocidad.
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Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Reacciones lentas y rápidas: energía de activación.
Factores de los que depende la velocidad de la reacción.
Concentración. Temperatura. Superficie de contacto.
– Analizar los factores que afectan a la velocidad de
reacción y explicación de hechos cotidianos.
– Reconocer la importancia biológica e industrial de los
catalizadores.
Catalizadores y su importancia biológica e industrial. Las
enzimas.
Neutralización ácido-base: ejemplo de reacciones rápidas.
– Medir el pH de diversas sustancias y realizar una neutralización ácido-base.
Programación de aula
ORIENTACIONES METODOLÓGICAS
1. Conocimientos previos
Los alumnos deben saber que los cambios químicos implican con frecuencia grandes intercambios de energía y que
una buena parte de los productos químicos que utilizamos no se encuentran en la naturaleza, sino que hay que fabricarlos.
También deben recordar que muchas de nuestras acciones habituales, como comer, utilizar un teléfono móvil o encender un fuego, conllevan la realización de reacciones químicas.
2. Previsión de dificultades
La principal dificultad para explicar los aspectos energéticos y cinéticos de las reacciones químicas es que se hace uso
de un modelo: el de colisiones. A pesar de que recurre al símil de choques entre moléculas, como si fuesen partículas
macroscópicas, es un modelo abstracto.
El concepto de “energía de activación”, asociado al modelo de colisiones, también es complejo, y se hace necesario utilizar símiles más o menos afortunados. Es complejo para el alumno asociar la rapidez o lentitud de las reacciones químicas a la energía de activación.
Por último, el concepto de “pH” tiene la dificultad de su definición utilizando logaritmos, concepto que se describe en
la última parte del curso de Matemáticas de 4.º de ESO.
3. Vinculación con otras áreas
• Ciencias de la Naturaleza. El método científico se utiliza en todas las disciplinas de ciencias: química, física, biología, geología, etc.; por ello, la vinculación de esta unidad con las Ciencias de la Naturaleza es obvia. Los aspectos
energéticos y cinéticos de las reacciones químicas, así como el papel de las enzimas, tienen una relación directa con
los procesos biológicos en los seres vivos.
• Ciencias Sociales. El descubrimiento de nuevas sustancias químicas y la mejora de los procedimientos para su obtención (controlando aspectos energéticos y cinéticos) han tenido gran importancia en el desarrollo industrial de los siglos
XIX y XX, con gran repercusión en los acontecimientos sociales.
• Lengua Castellana y Literatura. Empleo del contexto verbal y no verbal, y de las reglas de ortografía y puntuación.
La lectura comprensiva del texto, así como de los enunciados de los problemas y ejercicios.
• Matemáticas. Utilización de estrategias en la resolución de problemas y traducción de expresiones del lenguaje cotidiano, de los enunciados de los problemas, al lenguaje algebraico. Recogida de información, presentación y procesamiento de datos numéricos.
• Tecnología. Manejo de las tecnologías de la información y la comunicación en diferentes proyectos. El estudio de diversas reacciones químicas con aplicaciones tecnológicas es un objetivo común entre la ciencia y la tecnología.
• Lengua extranjera. Búsqueda de información en otro idioma.
4. Temporalización
Para el desarrollo de esta unidad se recomienda la organización del trabajo en un mínimo de siete sesiones distribuidas del siguiente modo:
Páginas iniciales (una sesión). Lo que vas a aprender. Desarrolla tus competencias. Experimenta.
Epígrafes 1 a 6 y Resumen (cuatro sesiones). Contenidos. Resolución de ejercicios propuestos. Resolución de actividades. Repasar contenidos.
Trabajo en el laboratorio (una sesión). Explicación y desarrollo de la práctica.
Pon a prueba tus competencias (una sesión). Relaciona con tu entorno. Lee y comprende. Investiga en la red.
5. Sugerencias de actividades
Comprobar la influencia de la concentración de los reactivos en la velocidad de reacción.
6. Refuerzo y ampliación
Los distintos estilos de aprendizaje y las diferentes capacidades del alumnado pueden precisar de propuestas para afianzar 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 consolidación de los conceptos de la
unidad hace preciso el planteamiento de actividades de ampliación. Se sugiere realizar las actividades de ampliación
que aparecen en este cuaderno.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
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Programación de aula
CONTRIBUCIÓN DE LA UNIDAD A LA ADQUISICIÓN DE LAS COMPETENCIAS BÁSICAS
Competencia en comunicación lingüística
A través de los textos que se proponen al principio y al cierre de la unidad se trabaja la comunicación escrita. De este
modo se permiten el conocimiento y la comprensión de diferentes tipos de textos, así como la adquisición del hábito de
la lectura y el disfrute con ella.
En la sección Lee y comprende se trabaja la posible incorporación de nuevas palabras en el lenguaje del alumno. Asimismo se trabaja la recopilación de información, la interpretación y comprensión de textos, y su escritura.
Competencia matemática
A lo largo de la unidad, los alumnos trabajan continuamente con herramientas relacionadas con la medición, el cálculo de velocidades de reacción a partir de datos y de gráficas, la interpretación de diagramas energéticos y la resolución
de problemas basados en la aplicación de expresiones matemáticas. Muchas de ellas se encuentran en contextos de
la vida real.
La interpretación y realización de gráficos en problemas energéticos y cinéticos contribuirá al desarrollo de esta competencia.
Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico
En esta unidad se contribuye a la adquisición de competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico
mediante el conocimiento de los aspectos energéticos y cinéticos de las reacciones químicas. Asimismo se estudian
reacciones muy usadas en la vida cotidiana, como las reacciones de combustión y las reacciones ácido-base.
En la sección Pon a prueba tus competencias, la actividad “Automóviles menos contaminantes” propone el estudio de los
catalizadores de los automóviles para un mejor cuidado del medioambiente.
Tratamiento de la información y competencia digital
A lo largo de toda la unidad, los alumnos encontrarán referencias a la página web librosvivos.net, en la que podrán
hacer uso de las herramientas tecnológicas. Asimismo se plantean diversas búsquedas de información en la web.
Competencia para aprender a aprender
La sección Trabajo en el laboratorio permite a los alumnos construir su propio conocimiento mediante la aplicación sistemática del método científico. También aprenderán a administrar el tiempo y el esfuerzo en su quehacer en el laboratorio, al igual que las numerosas propuestas de búsqueda de información que existen en la unidad.
Además, la unidad permite tomar conciencia y control de las propias capacidades, pues los alumnos disponen de una
autoevaluación para aprender de sus propios errores y autorregularse con responsabilidad y compromiso personal.
Autonomía e iniciativa personal
En la sección Trabajo en el laboratorio, los alumnos deberán ser capaces de planificar, gestionar tiempos y tareas, afrontar los problemas de forma creativa, aprender de los errores, reelaborar los planteamientos previos, elaborar nuevas
ideas, buscar soluciones y llevarlas a la práctica.
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Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Programación de aula
TRATAMIENTO ESPECÍFICO DE LAS COMPETENCIAS BÁSICAS EN LA UNIDAD
A lo largo de la unidad se trabajan diversas competencias. Sin embargo, sugerimos un itinerario en el que se han seleccionado cinco, con el objeto de llevar a cabo un trabajo metódico y un registro de ellas.
COMPETENCIA
SUBCOMPETENCIA
DESCRIPTOR
DESEMPEÑO
1.er nivel de concreción
2.º nivel de concreción
3.er nivel de concreción
4.º nivel de concreción
Comunicación escrita.
Conocer y comprender diferentes
textos con distintas intenciones
comunicativas.
Lee y comprende la información contenida en el texto, y
responde correctamente a las preguntas relativas a él.
Desarrolla tus competencias, página 229;
Pon a prueba tus competencias:
Lee y comprende, página 247.
Relación y aplicación
del conocimiento
matemático a la
realidad.
Utilizar las matemáticas para el
estudio y comprensión de
situaciones cotidianas.
Aplicar estrategias de resolución de problemas
adecuadas para cada situación, presentando los
resultados de forma clara y concreta.
Actividades 2, 5, 6, 10, 23, 31, 32, 41, 44 y 46.
Comprender la influencia de las
personas en el medioambiente a
través de las diferentes
actividades humanas y valorar los
paisajes resultantes.
Conoce el impacto ambiental que el consumo de
combustibles fósiles ocasiona y algunas técnicas
empleadas en los modernos automóviles para
minimizar este impacto.
Pon a prueba tus competencias: Relaciona con tu
entorno, página 246; Actividades 8, 13, 32 y 46.
Aplicación del método
científico a diferentes
contextos.
Realizar predicciones con los datos
que se poseen, obtener
conclusiones basadas en pruebas y
contrastar las soluciones
obtenidas.
Utiliza los conocimientos teóricos de la unidad para
obtener conclusiones a partir de datos, explicando
hechos científicos.
Experimenta, páginas 229, 234 y 239; Actividades 9,
10, 11, 12, 13, 17, 27, 33 y 40.
Obtención,
transformación y
comunicación de la
información.
Utilizar las tecnologías de la
información y la comunicación de
forma autónoma y en trabajos
colaborativos de grupo.
Trabaja en equipo buscando información en internet,
selecciona la más relevante y aporta la parte
correspondiente al resultado final.
Pon a prueba tus competencias: Investiga en la red,
página 247.
Construcción del
conocimiento.
Valorar la diversidad de respuestas
posibles ante un mismo problema,
y encontrar diferentes estrategias y
metodologías 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, página 241.
Competencia en
comunicación
lingüística
Competencia
matemática
Medio natural y
desarrollo sostenible.
Competencia en el
conocimiento y la
interacción con el
mundo físico
Tratamiento de la
información y
competencia
digital
Competencia para
aprender a
aprender
EDUCACIÓN EN VALORES
Tanto los contenidos de la unidad como el trabajo específico por competencias permiten desarrollar otros aspectos que se recogen como educación en valores:
– Se pueden abordar aspectos de la educación moral y
cívica y de la educación medioambiental en el laboratorio mediante la promoción del trabajo en equipo y el
respeto por las normas de seguridad, valorando el rigor
científico en los experimentos o gestionando adecuadamente los residuos.
– La educación para la salud se puede abordar tratando
aspectos relacionados con las enzimas; por ejemplo, la
ausencia de lactasa en algunas personas. La educación
ambiental se puede tratar en los contenidos relacionados con los combustibles y su uso, así como en la actividad “Automóviles menos contaminantes”.
MATERIALES DIDÁCTICOS
LABORATORIO
HCl y Na2S2O3, un erlenmeyer, un cronómetro, vinagre,
limón, leche, bebida con gas, lejía, papel indicador, fenolftaleína y pH-metro.
INTERNET
<www.librosvivos.net>: recursos didácticos interactivos
para profesores y alumnos.
<www.profes.net>: propuestas didácticas.
<www.aprenderapensar.net>: plataforma educativa.
<www.smconectados.com>: materiales para el profesor.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
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Sugerencias didácticas
Presentación de la unidad
En la lectura se describe cómo la presencia de luz puede
desencadenar una reacción química. La energía (luz, energía térmica u otras de sus formas) está íntimamente relacionada con las reacciones químicas: inicia reacciones o es
absorbida o desprendida en su transcurso. Es imposible
describir completamente una reacción química sin incluir
los aspectos energéticos que conlleva.
Se puede explicar el fundamento de la fotografía química
(ya prácticamente desaparecida, excepto en aplicaciones
artísticas) y la importancia de la luz en el proceso, similar
al descrito en la lectura. Los alumnos pueden encontrar
información sobre la fotografía química y su historia en
http://quimymas.blogspot.com.es/2007/09/qumica-yfotografa.html
En la sección Experimenta se proponen tres posibles combustiones de un trozo de papel, impregnado en disoluciones diferentes, con resultados muy diversos. El alumno
puede intentar explicar estos hechos con alguna ayuda del
profesor. También puede entrar en la dirección indicada
donde se explican los hechos.
1. Un modelo que explica la ruptura y formación de enlaces
La aceptación de los modelos por parte de los alumnos es
la parte más difícil en la descripción de fenómenos naturales. El modelo cinético de la materia supone que sus
partículas constituyentes están en continuo movimiento.
La teoría de colisiones propone que los choques entre
moléculas son la causa de la ruptura de enlaces químicos
y la formación de otros nuevos, lo que a su vez es la esencia de una reacción química.
El balance energético de la reacción y la rapidez con la que
se produce están determinados por estas rupturas y formaciones de enlaces.
La orientación y la energía cinética que deben llevar las
moléculas para que sus choques produzcan ruptura o formación de enlaces se pueden comprender mejor utilizando modelos moleculares ya construidos.
En el margen de la página 230 se describe un ejemplo de
frecuencia de choques y de colisiones eficaces para una
reacción sencilla. La magnitud de las cifras mostradas
facilitarán la aceptación del modelo de colisiones por parte del alumno.
2. Reacciones endotérmicas y exotérmicas
La resolución del algún ejemplo sencillo donde se calcule el balance energético entre los enlaces rotos en los
reactivos y los formados en los productos permitirá comprender mejor el balance energético total de las reacciones químicas, que precisamente está determinado por la
energía de los enlaces.
Asimismo resulta muy útil el uso e interpretación de los
diagramas energéticos junto con las ecuaciones termoquímicas que representan.
Es importante comentar que lo que se absorbe o se desprende en una reacción química es energía y no calor, aunque en el lenguaje corriente hay tendencia a confundir
estos términos.
Los términos “endotérmica” y “exotérmica” se refieren a
la energía total intercambiada, y no solo a la intercambiada mediante calor (se puede intercambiar energía luminosa, sonora, etc.).
3. Reacciones de combustión y combustibles
Las combustiones son las reacciones químicas en las que
la energía aparece de la forma más evidente. Es interesante realizar la combustión de diversas sustancias en el
laboratorio para que los alumnos vean distintos tipos de
llamas, cuyo aspecto está relacionado con los productos
generados y con la cantidad de energía intercambiada que
determina la temperatura de la llama.
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Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Aunque las combustiones y las oxidaciones son combinaciones de sustancias con el oxígeno, no deben ser confundidas. Puede resultar aclarativo el quemar una lana de
hierro, que origina una llama y una reacción rápida con
desprendimiento de calor, para que los alumnos vean la
diferencia con una oxidación, en la que la reacción puede
tardar semanas.
Sugerencias didácticas
4. La velocidad de las reacciones químicas
Una forma de afianzar los conceptos es realizar reacciones químicas rápidas y lentas. Una reacción relativamente lenta es la oxidación del hierro a la intemperie, que puede tardar semanas; sin embargo, la oxidación de un trozo
de sodio se realiza en segundos a la vista de los alumnos,
que pueden observar la formación del óxido de sodio que
apaga el brillo nacarado del metal.
El concepto de energía de activación no es intuitivo; puede resultar confuso el que una reacción exotérmica necesite de la aportación de una energía inicial para comenzar.
El vídeo propuesto en LIBROSVIVOS.NET ayudará a comprender mejor el concepto de energía de activación.
También es interesante analizar gráficas de la variación de
la energía con el avance de la reacción, donde se observa
cómo la rapidez de una reacción está relacionada con la
energía de activación: su valor es bajo en las rápidas y alto
en las lentas.
Las reacciones de sustancias iónicas disueltas suelen ser
muy rápidas. Como ejemplo de reacción rápida se puede
realiza la propuesta en el margen de la página 235, ya que
no requiere de ruptura previa de enlaces y su energía de
activación es próxima a cero.
5. Factores que modifican la velocidad de las reacciones químicas
Lo mejor es realizar experiencias en las que se observe la
influencia de los distintos factores. Prácticamente, todas
las reacciones aumentan su velocidad con la temperatura, fenómeno que es muy fácil de observar.
La acción de los catalizadores resulta muy llamativa; por
ejemplo, un poco de ceniza de un cigarro cataliza la combustión de la sacarosa de un azucarillo, que arde mucho
más fácilmente que sin la ceniza.
También se puede observar la acción de un catalizador adicionando una pizca de dióxido de manganeso a un poco de
clorato de potasio. Al calentar el conjunto, el clorato de
potasio se descompone rápidamente, cosa que no hace sin
la adición del dióxido de manganeso. En LIBROSVIVOS.NET
se puede reproducir un vídeo con estas experiencias.
Otra reacción catalizada fácil de observar es la descomposición del peróxido de hidrógeno mediante la adición del
mismo catalizador anterior, el dióxido de manganeso: se
puede ver el desprendimiento de oxígeno.
Las enzimas son catalizadores de reacciones orgánicas.
Casi todas las enzimas son proteínas, y el mecanismo de
su actuación se comprenderá mejor utilizando modelos
como los “centros activos” de las enzimas “cerradura” y
su acoplamiento al sustrato “llave”. Se puede poner como
ejemplo de actuación a la lactasa, enzima necesaria para
la digestión de la lactosa, y cuya falta origina la intolerancia a la lactosa que afecta a algunas personas.
6. Neutralización ácido-base: un ejemplo de reacciones rápidas
Conviene hacer un preámbulo sobre el significado de los
conceptos “ácido” y “base”, y del concepto de “pH”, para
establecer el carácter ácido o básico de sustancias y disoluciones.
A continuación se puede hacer referencia a distintas sustancias de la vida cotidiana que posean características ácidas o básicas. Si se dispone de un pH-metro, se pueden
determinar los valores del pH de estas sustancias. En caso
contrario bastaría con otros indicadores, como el papel
indicador universal.
Las reacciones de neutralización se proponen como ejemplo de reacción rápida. El motivo es que, en disolución,
estas sustancias están ionizadas, y en la reacción entre un
ácido y una base no es necesario romper enlaces, con lo
que la energía de activación en muy baja.
Es interesante que los alumnos realicen alguna reacción
de neutralización controlada, como la propuesta en la sección Experimenta de la página 239.
Trabajo en el laboratorio
La experiencia propuesta demuestra experimentalmente
la relación entre la velocidad de reacción y la concentración de los reactivos mediante una reacción en la que se
produce azufre.
La apreciación personal del tiempo en el que deja de verse la cruz en el fondo del matraz permite comprobar la
influencia del observador en las medidas experimentales.
La actividad permite trabajar la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico a través de la
aplicación del método científico a diversos contextos.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
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Sugerencias didácticas
PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS
RELACIONA CON TU ENTORNO
LEE Y COMPRENDE
Automóviles menos contaminantes
Las lejías
La actividad permite trabajar distintos aspectos relacionados con el medioambiente. En la lectura se describen
el denominado “catalizador” de los automóviles de gasolina y el filtro de partículas de los motores diésel.
Los alumnos tienen algunas referencias de estos dispositivos, pero pocos son capaces de comprender su funcionamiento desde el punto de vista químico. En el texto se
describe la distinta finalidad de ambos dispositivos y las
sustancias que son capaces de eliminar de los gases de
escape.
Además de las actividades propuestas en el texto, los alumnos pueden investigar cuestiones relacionadas con los vehículos con catalizador que existen en el mercado y los que
llevan filtro de partículas, el tipo de combustible que deben
utilizar estos vehículos para no deteriorar el convertidor
catalítico, las ventajas medioambientales de su generalización, el coste económico de estos dispositivos, etc.
En relación con los filtros de partículas instalados en los
motores diésel, los alumnos deben ser conscientes de que
el uso de este tipo de motores, a pesar de no emitir tantos óxidos de nitrógeno o monóxido de carbono a la atmósfera como los motores de gasolina, sí emiten partículas
debido a una deficiente combustión, y los últimos estudios
indican que estas partículas pueden ser más peligrosas
para la salud que los óxidos producidos por los motores de
gasolina.
La lejía es un producto químico ampliamente utilizado en
limpieza, tanto de ropas como de objetos. El texto propuesto hace una historia de sus orígenes y de su uso, así
como de diversos cambios que ha ido experimentando con
el tiempo.
Se describen referencias literarias (en el Quijote) y alguna
científica como la composición de la moderna lejía (hipoclorito de sodio). Los alumnos pueden buscar información
sobre diversas presentaciones de la lejía (neutra, perfumada, etc.) y los aditivos que cada una de estas contiene.
Es interesante citar las precauciones que se deben tomar
en su uso: en habitáculos pequeños no se debe mezclar
amoniaco con lejía, ya que la combinación de ambos puede crear cloramina, un gas irritante y extremadamente
tóxico.
INVESTIGA EN LA RED
Realiza trabajos en grupo
La actividad permite trabajar la competencia para el tratamiento de la información y competencia digital mediante la obtención, transformación y comunicación de la información, utilizando las tecnologías de la información y la
comunicación de forma autónoma y en trabajos colaborativos de grupo.
Notas
A continuación presentamos una matriz de evaluación que el profesor puede utilizar para evaluar
el grado de consecución de las competencias básicas trabajadas a lo largo de la unidad. Además,
en <http:// www.smconectados.com> puede descargar una aplicación informática que le facilitará esta tarea.
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Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Competencia
para aprender
a aprender
Tratamiento
de la
información y
competencia
digital
Competencia
en el
conocimiento
y la
interacción
con el mundo
físico
Competencia
matemática
Competencia
en
comunicación
lingüística
Conoce el impacto
ambiental del consumo
de combustibles fósiles
y las tecnologías que
minimizan su impacto
ambiental.
Conoce el impacto ambiental
que el consumo de
combustibles fósiles ocasiona y
algunas técnicas empleadas en
los modernos automóviles para
minimizar este impacto.
Comprender la influencia de las
personas en el medioambiente a
través de las diferentes
actividades humanas y valorar
los paisajes resultantes.
Trabaja en equipo
buscando y
seleccionando
información, y
siempre es capaz de
transmitir
conocimiento.
Relaciona los
conceptos teóricos
sobre la unidad con
los resultados
obtenidos en el
laboratorio.
Trabaja en equipo buscando
información en internet,
selecciona la más relevante y
aporta la parte correspondiente
al resultado final.
Trabaja en el laboratorio y anota
de forma minuciosa los hechos
observados, intentando
explicarlos y proponiendo
posibles variantes a los
experimentos.
Utilizar las tecnologías de la
información y la comunicación
de forma autónoma y en trabajos
colaborativos de grupo.
Valorar la diversidad de
respuestas posibles ante un
mismo problema, y encontrar
diferentes estrategias y
metodologías para solventarlo.
Obtención,
transformación y
comunicación de
la información.
Construcción del
conocimiento.
Siempre explica los
resultados
cuantitativos de las
reacciones con la
estequiometría.
Utiliza los conocimientos
teóricos de la unidad para
obtener conclusiones a partir de
datos, explicando hechos
científicos.
Realizar predicciones con los
datos que se poseen, obtener
conclusiones basadas en
pruebas y contrastar las
soluciones obtenidas.
Aplicación del
método científico
a diferentes
contextos.
Medio natural y
desarrollo
sostenible.
Siempre aplica
estrategias de
resolución de cálculos
con energías y
velocidad de
reacciones.
Aplicar estrategias de
resolución de problemas
adecuadas para cada situación,
presentando los resultados de
forma clara y concreta.
Utilizar las matemáticas para el
estudio y comprensión de
situaciones cotidianas.
Relación y
aplicación del
conocimiento
matemático a la
realidad.
Lee y comprende el
texto, y responde a
todas las preguntas.
Lee y comprende la información
contenida en el texto, y
responde correctamente a las
preguntas relativas a él.
Conocer y comprender diferentes
textos con distintas intenciones
comunicativas.
Comunicación
escrita.
LO CONSIGUE
(4 PUNTOS)
DESEMPEÑO
4.o nivel de concreción
DESCRIPTOR
3.er nivel de concreción
COMPETENCIA SUBCOMPETENCIA
1.er nivel de
2.o nivel de
concreción
concreción
Casi siempre relaciona
los conceptos teóricos
sobre la unidad con
los resultados del
laboratorio.
Casi siempre trabaja
en equipo buscando y
seleccionando
información, y
transmitiendo
conocimiento.
Casi siempre explica
los resultados
cuantitativos de las
reacciones con la
estequiometría.
Conoce los problemas
del consumo de
combustibles fósiles,
pero no las tecnologías
que minimizan su
impacto ambiental.
Casi siempre aplica
estrategias de
resolución de cálculos
con energías y
velocidad de
reacciones.
Lee y comprende el
texto, y responde a
casi todas las
preguntas.
NO TOTALMENTE
(3 PUNTOS)
Solo a veces
relaciona los
conceptos teóricos
sobre la unidad con
los resultados del
laboratorio.
Solo a veces trabaja
en equipo buscando
y seleccionando
información, y
transmitiendo
conocimiento.
No es capaz de
relacionar los
contenidos teóricos
de la unidad con
resultados
experimentales.
No es capaz de
trabajar en equipo
buscando y
seleccionando
información, y
transmitiendo
conocimiento.
No relaciona los
resultados
cuantitativos de las
reacciones con las
leyes de la
estequiometría.
No es consciente de
los problemas
derivados del uso de
combustibles fósiles.
Solo conoce algunos
problemas derivados
del uso de
combustibles fósiles,
pero no las tecnologías
que minimizan su
impacto ambiental.
Solo a veces es
capaz de explicar los
resultados
cuantitativos de las
reacciones con la
estequiometría.
No aplica estrategias
de resolución de
cálculos con energías
y velocidad de
reacciones.
No comprende la
información del texto
ni responde a las
preguntas planteadas.
NO LO CONSIGUE
(1 PUNTO)
Solo a veces aplica
estrategias de
resolución de
cálculos con
energías y velocidad
de reacciones.
No comprende parte
del texto y contesta a
pocas preguntas.
CON DIFICULTAD
(2 PUNTOS)
Sugerencias didácticas
MATRIZ DE EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS BÁSICAS
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
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ACTIVIDADES de REFUERZO
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
1. En la reacción hipotética A (claro) → B (oscuro), cada bola representa la cantidad de 0,1 mol.
a) Completa la tabla.
Tiempo (s)
0
30
0s
30 s
60 s
60
Moles de A
Moles de B
b) Halla la velocidad media de desaparición de A en cada intervalo, así como la velocidad media de aparición de B
a lo largo de todo el proceso.
2. Se quiere estudiar el proceso Cl + NOCl → NO + Cl2. El átomo de cloro y la molécula de NOCl tienen la geometría que aparece en el dibujo.
¿Qué condiciones deben cumplir las colisiones para que sean eficaces? Dibuja un choque que sea
previsiblemente eficaz y otro que no lo sea.
Cl
ONCl
3. Relaciona los conceptos “catalizador”, “enzima”, “sustrato”, “centro activo” y “veneno” con las siguientes frases que
describen la acción de catalizadores.
a) Proteína que cataliza una reacción 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 reacción enzimática.
d) Lugar de la enzima donde se unen los sustratos y tiene lugar la reacción catalizada por la enzima.
e) Sustancia que acelera la reacción sin consumirse en el proceso.
4. El muro: comenzando por la sílaba resaltada y quitando los ladrillos que se encuentran libres por su parte superior, podrás leer la definición de “velocidad de reacción”.
VE
CI
DE
CION
QUI
Página fotocopiable
MI
10
CION
DE
REAC
UNI
REAC
DE
CA
BIO
TI
DE
PO
LO
EL
TO
DAD
LA
UNA
CEN
VO
DUC
POR
MI
CAM
DE
CON
Unidad 11
DAD
TIEM
TRA
O
PRO
Energía y velocidad de las reacciones químicas
5. Se calientan fuertemente 0,2 g de magnesio en un crisol hasta que se convierten en óxido de magnesio (MgO). Sabiendo que la energía intercambiada en la combustión del magnesio es ∆E = −601,7 kJ/mol:
a) Escribe la ecuación termoquímica completa y su diagrama energético.
b) Calcula la masa final de producto y el calor desprendido.
c) Calcula la energía de combustión del magnesio en kJ/g.
Barrera de energía
Barrera de energía
Ea
E’a
Energía libre
6. Analiza detenidamente el gráfico y explica el significado de las
letras Ea, E’a, ∆E.
a) ¿Qué es la energía de activación y cómo influye en la velocidad de un proceso?
b) ¿Cuál de los dos procesos está catalizado y en qué consiste la acción de un catalizador?
c) ¿Se trata de una reacción exotérmica o endotérmica?
¿Influye el catalizador en el balance energético?
reactivos
∆E
reactivos
productos
Curso de la reacción
∆E
productos
Curso de la reacción
Página fotocopiable
7. Una persona necesita diariamente 9000 kJ para realizar todas las actividades. Si obtuviera toda la energía de la oxidación de la glucosa (C6H12O6), cuyo calor de oxidación es de 2803 kJ/mol:
a) ¿Qué cantidad tendría que consumir cada día?
b) ¿Cuántos litros de CO2 (g), medido a 0 °C y 1 atm, se desprenderán de ese proceso?
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
11
ACTIVIDADES de AMPLIACIÓN
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
1. La reacción entre el magnesio y el cloruro de hidrógeno origina dicloruro de magnesio e hidrógeno.
a) Si 0,25 g de cinta de magnesio tardan 35 s en reaccionar completamente, calcula la velocidad media de reacción
en gramos por segundo y en moles por segundo.
a) Al aumentar la temperatura en 10 °C, la velocidad del proceso es de 7,5 ⋅ 10−4 mol/s. ¿En cuánto habrá aumentado o disminuido la velocidad?
2. El valor energético de la madera es de, aproximadamente, 18 kJ/g; el de la gasolina, de 49 kJ/g, y el del hidrógeno,
de 142 kJ/g. Cierta familia consume en un invierno 2 t de madera.
a) ¿Qué cantidad de gasolina y de hidrógeno harían falta para producir la misma energía? ¿Qué productos de reacción daría el hidrógeno y en qué cantidad?
b) Calcula la densidad de energía de la gasolina (densidad = 0,8 kg/L) y del hidrógeno gas medido a 1 atm y 0 °C.
c) ¿Qué ventajas e inconvenientes ves a cada combustible?
3. Se ha estudiado la velocidad de reacción entre el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico 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 electrónica. La masa del conjunto es de 161,5 g.
– Se ha añadido el carbonato dentro del erlenmeyer al tiempo que se disparaba el cronómetro.
– Se ha anotado la masa total cada dos minutos y resulta la tabla siguiente.
t (min)
Masa total (g)
0
161,50
2
161,44
4
161,33
6
161,24
8
161,17
10
161,12
Pérdida de masa (g)
Página fotocopiable
a) Completa la tabla y calcula la masa perdida en gramos. ¿A qué es debido? Escribe y ajusta la reacción que ha
tenido lugar.
b) Calcula la velocidad del proceso en cada intervalo de 2 min. Explica la variación.
c) ¿Qué masa total de gas se ha desprendido? ¿Coincide con su predicción estequiométrica?
12
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
4. Escribe la reacción de neutralización entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio. ¿Cuántos moles y gramos
de la base serán necesarios para neutralizar 150 mL de una disolución de HCl de 0,8 mol/L? ¿Qué pH corresponde
a la disolución ácida?
5. Explica qué son los biocombustibles. Comenta críticamente el texto siguiente.
“A pesar de que los combustibles de origen vegetal también producen CO2 cuando se queman, estas emisiones se
ven compensadas en gran parte por la absorción de CO2 durante el crecimiento de esas mismas plantas. Así pues,
la sustitución de combustibles derivados de petróleo por biocombustibles reduciría de forma efectiva la cantidad de
CO2 que se emite a la atmósfera”.
Investiga a qué se llama “biocombustibles de primera o segunda generación”. ¿Qué planes se proponen desde la
Comisión Europea para la biomasa? ¿Qué países están potenciando más la producción y uso de biocombustibles?
6. El diamante (carbono) y el oxígeno reaccionan según la ecuación C (s) + O2 (g) → CO2 (g). Para que se produzca esta
reacción es necesaria la ruptura previa de los fuertes enlaces covalentes entre los átomos de carbono del diamante.
Razona cómo será su energía de activación y si esta reacción ocurrirá o no rápidamente a temperatura ambiente,
y explica la relación entre esta reactividad y la estabilidad de los diamantes expuestos al aire.
Página fotocopiable
≡O: 1075 kJ/mol; H−
−H: 435 kJ/mol; C−
−H: 393 kJ/mol;
7. Se conocen las siguientes energías de enlace: C≡
−O: 356 kJ/mol; O−
−H: 464 kJ/mol.
C−
a) Calcula cuántos kilojulios de energía se requieren para romper todos los enlaces sencillos que hay en 0,2 mol
de metano (CH4).
b) A partir de las energías de enlace dadas, realiza una estimación de la energía desprendida en la siguiente reacción: CO (g) + 2 H2 (g) → CH3OH
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
13
Actividades de refuerzo
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
1. a)
Tiempo (s)
0
30
60
Moles de A
1,2
0,7
0,4
Moles de B
0,0
0,5
0,8
b) Velocidad media de desaparición de A:
0,5 (mol)
0,3 (mol)
= 0,017 mol/s; v(30-60 s) =
= 0,01 mol/s
v(0-30 s) =
30(s)
30 (s)
Velocidad media de aparición de B en todo el proceso:
0,8 (mol)
= 0,013 mol/s
v(0-60 s) =
60 (s)
2. Las condiciones para un choque eficaz son la orientación adecuada y la energía suficiente.
Cl NOCl
Colisión ineficaz
Cl ClNO
Colisión eficaz
3. Catalizador: sustancia que acelera la reacción sin consumirse en el proceso.
Enzima: proteína que cataliza una reacción en los seres vivos.
Sustrato: sustancia capaz de ser transformada por una reacción enzimática.
Centro activo: lugar de la enzima donde se unen los sustratos y tiene lugar la reacción catalizada por la enzima.
Veneno: sustancia que bloquea el centro activo e impide que el sustrato encaje bien.
5. a) Mg + ½ O2 (g) → MgO + 601,7 kJ
0,2 (g)
= 0,0082 mol ⇒ n(MgO) = 0,0082 mol ⇒
b) n(Mg) =
24,3 (g/mol)
Energía
4. La velocidad de una reacción química mide el cambio de concentración de reactivo o producto por unidad de tiempo.
Mg + 1/20
2
- 601,7 kJ
m(MgO) = 0,0082 (mol) ⋅ 40,3 (g/mol) = 0,33 g
Energía 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.
Energía desprendida: 0,041 (mol) ⋅ 601,7 (kJ/mol) = 24,76 kJ/g
MgO
Avance de la reacción
6. a) y b) Ea y E’a representa la energía de activación (energía que hay que aportar para que comience la reacción) con
y sin catalizador. Como se ve, la acción del catalizador disminuye el valor de la barrera y hace que el proceso discurra a más velocidad.
c) Se trata de una reacción exotérmica, cuyo balance energético no se ve modificado por la acción del catalizador.
En cualquier caso, es ∆E.
7. a) La reacción de oxidación 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 desprenderán 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.
14
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Actividades de ampliación
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
1. a) Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2
A partir de la definición de velocidad se calcula:
0,25 (g)
0,25 (g)
0,010 (mol)
= 7,14 ⋅ 10−3 g/s. Como
= 0,010 mol, v =
= 2,9 ⋅ 10−4 mol/s
v=
35 (s)
24,3 (g/mol)
35 (s)
b) La velocidad habrá aumentado
7,5 ⋅ 10−4(mol/s)
2,9 ⋅ 10−4(mol/s)
= 2,6 veces.
2. a) Con 2 t de madera se producen 2 ⋅ 106(g) ⋅ 18 (kJ/g) = 3,6 ⋅ 107 kJ.
3,6 ⋅ 107(kJ)
3,6 ⋅ 107(kJ)
= 7,3 ⋅ 105 g de gasolina y
= 2,5 ⋅ 105 g de hidrógeno.
Se necesitan
49 (kJ/g)
142 (kJ/g)
2,5 ⋅ 105
= 1,3 ⋅ 105 mol
La reacción del hidrógeno daría agua:
2
La masa de agua: 1,3 ⋅ 105 (mol) ⋅ 18 (g/mol) = 2,3 ⋅ 106 g de agua
b) 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 hidrógeno tiene mayor rendimiento por gramo, pero la gasolina posee más densidad de energía.
3. a) CaCO3 (s) + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
El CO2 desprendido hace que disminuya la masa.
t (min)
0
2
4
6
8
10
Masa total (g)
161,50
161,44
161,33
161,24
161,17
161,12
Pérdida de masa (g)
0,00
0,06
0,17
0,26
0,33
0,38
0,26 (g)
0,11 (g)
= 0,03 g/min; v2-4 =
= 0,055 g/min;
2 (min)
2 (min)
0,09 (g)
0,07 (g)
0,05 (g)
= 0,045 g/min; v6-8 =
= 0,035 g/min; v8-10 =
= 0,025 g/min
v4-6 =
2 (min)
2 (min)
2 (min)
Salvo en el primer tramo (inicio de la reacción), la velocidad disminuye, pues se va consumiendo el reactivo.
c) Masa total desprendida: 0,38 g CO2. A partir de la ecuación: 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 %.
b) v0-2 =
4. 2 HCl + Ca (OH)2 → CaCl2 + 2 H2O
0,150 (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 reacción se requiere la ruptura previa de fuertes enlaces covalentes que unen los átomos
de carbono en el diamante; por tanto, su energía de activación será muy grande y la velocidad de la reacción será
muy pequeña. A temperatura ambiente, esta reacción se producirá de manera muy lenta y, por tanto, la estabilidad
de los diamantes es elevada. Los diamantes permanecen prácticamente.
−H; por tanto, en 0,2 moles habrá:
7. a) Cada molécula de metano posee 4 enlaces C−
−H) = 0,8 mol de enlaces C−
−H
0,2 (mol CH4) ⋅ 4 (mol de enlaces C−
Luego la energía necesaria para romper todos estos enlaces será:
−H) ⋅ 393 (kJ/mol de enlaces C−
−H) = 314,4 kJ
0,8 (mol enlaces C−
+
→
≡O y 2 mol de enlaces
CH3OH, se rompen 1 mol de enlaces C≡
b) En el transcurso de la reacción CO (g) 2 H2 (g)
−H. Para ello habrá que aportar 1 (mol C≡
≡O) ⋅ 1075 (kJ/mol) + 2 (mol H−
−H) ⋅ 435 (kJ/mol) = 1945 kJ.
H−
−H, 1 mol de enlaces C−
−O y 1 mol de enlaces O−
−H. En este proceso se liberan:
Y se forman 3 mol de enlaces C−
−H) ⋅ 393 (kJ/mol) + 1 (mol C−
−O) ⋅ 356 (kJ/mol) + 1 (mol O−
−H) ⋅ 464 (kJ/mol) = 1999 kJ
3 (mol C−
La energía neta liberada en la reacción será de 1999 − 1945 = 54 kJ.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
15
PROPUESTA de EVALUACIÓN
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
APELLIDOS:
NOMBRE:
FECHA:
CURSO:
1. El dibujo representa la ruptura de enlaces de los reactivos en estado gaseoso y la formación de otros nuevos en
el producto de la reacción, también gaseoso, según el
modelo de colisiones.
GRUPO:
Br
H
a) ¿Qué enlaces se rompen y cuáles se forman?
b) Escribe la ecuación química correspondiente.
2. Responde a las cuestiones teniendo en cuenta el dibujo de la actividad anterior y la siguiente tabla de
datos sobre energías de enlace.
Energía de
enlace (kJ/mol)
Br2
193
H2
436
HBr
366
a) Calcula el balance energético.
b) Escribe la ecuación termoquímica del proceso y dibuja su diagrama energético.
3. Relaciona la columna de los agentes contaminantes con la de las consecuencias que provocan.
a) CO
1) Produce alteración climática.
b) CH4
2) Originan deforestación.
c) NO
3) Aniquila la vida en ríos 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 reacción de combustión del metano es de la misma naturaleza que la reacción de la glucosa con
el oxígeno en el cuerpo humano? ¿En qué se parecen y en qué se diferencian?
Página fotocopiable
b) Si reaccionan 101,24 g de metano y 360 g de glucosa, ¿cuál de los dos compuestos desprenderá más
energía?
16
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
5. El calor de combustión del etanol (C2H6O) es de 1367 kJ/mol, y el del eteno (C2H4), de 1386 kJ/mol.
a) Escribe las ecuaciones termoquímicas ajustadas y calcula su energía específica.
b) Calcula la densidad de energía (kJ/L) del alcohol (densidad = 0,79 kg/L) y del gas eteno medido a 0 °C
y 1 atm. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene cada combustible?
6. Los siguientes diagramas energéticos representan
el transcurso de tres reacciones distintas. ¿Cuál es
más rápida y cuál más lenta? ¿Por qué?
Ener gía de
activación
E
reactivos
Ener gía de
activación
E
reactivos
productos
Reacción B
A
Ener gía de activación
E
reactivos
productos
Reacción
C
productos
Reacción
7. En un recipiente de 2 L se produce la siguiente reacción: N2 (g) + O2(g) → 2 NO (g). Si al cabo de 28 s
han desaparecido 14 g de N2, ¿cuál será la velocidad de reacción en ese intervalo de tiempo para el N2
medida en g s−1 y en mol L−1 s−1?
8. Señala cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas.
a) Al aumentar la concentración de los reactivos, la velocidad de reacción aumenta.
b) La velocidad de una reacción es mayor cuanto menor es la superficie de contacto.
c) La temperatura no influye en la velocidad de una reacción química.
d) Los catalizadores no se consumen en el proceso que catalizan.
9. A partir del siguiente diagrama energético, dibuja otro en el que se ponga de manifiesto la influencia
de un catalizador. Explica lo que sucede.
Ener gía de activación
E
reactivos
productos
Reacción
10. Dadas dos disoluciones, una de 20 mL de HCl 0,4 mol/L, y otra de 25 mL de H2SO4 0,2 mol/L.
b) Calcula el volumen que se necesita de una disolución de NaOH 0,8 mol/L para que neutralice totalmente 50 mL de otra disolución de HNO3, cuya concentración es de 31,5 g/L.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
Página fotocopiable
a) Calcula el pH de cada una.
17
Propuestas de evaluación
SOLUCIONES A LA PROPUESTA DE EVALUACIÓN
−H y otro Br−
−Br y se forman
1. a) Se rompe un enlace H−
−Br.
dos enlaces H−
b) H2(g) + Br2 (g) → 2 HBr (g)
Criterio de evaluación 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 mol
de HBr.
1
1
b) H2(g) + Br2 (g) → HBr (g) + 51,5 kJ
2
2
6. A mayor energía de activación, más lenta es la reacción. La más rápida es la B, luego la A y después la C.
Criterio de evaluación 2.1
7. N2 → v =
14 (g)
14 (g)
= 0,5 gs−1;
= 0,5 mol de N2
28 (s)
28 (g/mol)
0,5 (mol)
= 0,25 mol L−1;
2 (L)
0,25 (mol/L)
= 8,93 ⋅ 10−3 mol L−1 s−1 de N2
N2 → v =
28 (s)
Criterio de evaluación 2.1
E
1/2 H (g)
+ 1/2 Br (g)2
2
8. Son verdaderas la a y la d.
Er
Criterio de evaluación 2.2
E despr endida
Ep
9. El catalizador hace que la energía de activación sea
menor, con lo que la reacción es más rápida.
HBr (g)
Avance de la r eacción
Criterio de evaluación 1.1
3. a-4; b-1; c-2 y 3; d-2 y 3
Criterio de evaluación 1.1
4. a) No. La primera es muy rápida y desprende luz y
calor. La segunda es una oxidación lenta a temperatura corporal. En las dos interviene el oxígeno, se
forman los mismos productos y son exotérmicas.
101,24 (g)
⋅ 886 (kJ/mol) = 5606 kJ
b) Metano: E =
16 (g/mol)
360 (g)
⋅ 2803 (kJ/mol) = 5606 kJ
Glucosa: E =
180 (g/mol)
Desprenden la misma energía.
Criterio de evaluación 1.2
5. a) C2H6O (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) + 1367 kJ
Energía específica = 29,72 kJ/g
C2H4(g) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 2 H2O (l) + 1386 kJ
Energía específica = 49,5 kJ/g
b) 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 decir
1,25 (g) ⋅ 49,5 (kJ/g) = 61,875 kJ/L
Valorando su rendimiento por gramo, el eteno es el
más indicado, pero el alcohol posee mayor densidad
de energía.
Criterio de evaluación 1.2
Criterio de evaluación 2.2
10. a) El HCl se disocia formando iones Cl− y H+ (cuya concentración determina el pH).
HCl → H+ + Cl−
Por tanto, la concentración de H+ es de 0,4 mol/L.
pH = −log 0,4 = 0,4
El H2SO4 se disocia formando un ion SO4−2 y dos H+:
−
H2SO4 → 2H+ + SO42−
Por tanto, la concentración de H+ es de 2 ⋅ 0,2 =
0,4 mol/L.
pH = −log 0,4 = 0,4 (las dos tienen el mismo pH)
b) Concentración de HNO3:
[HNO3] =
31,5 (g/L)
= 0,5 mol/L
63 (g/mol)
El NaOH tiene que neutralizar n moles de HNO3:
n = 0,05 (L) ⋅ 0,5 (mol/L) = 0,025 mol
V=
n 0,025 (mol)
=
= 0,3125 L = 31,25 mL
c
0,8 (mol/L)
Criterio de evaluación 3.1
18
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
19
SOLUCIONARIO
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
DESARROLLA TUS COMPETENCIAS
1. Intenta explicar lo que expone el texto utilizando fórmulas y ecuaciones químicas. ¿Qué quiere decir “reacción fotoquímica en cadena”?
Las ecuaciones que propone son las siguientes: a) Cl2 + energía (luz solar) → 2 Cl; b) Cl + H2 → HCl + H;
c) H + Cl2 → HCl + Cl. Y se repiten sucesivamente b y c.
La reacción propuesta es un ejemplo de “reacción fotoquímica en cadena”. Como en toda reacción química, unas
sustancias (H2 y Cl2) se transforman en otras distintas (HCl); en este caso, la energía necesaria para que la reacción comience se obtiene de la luz solar (fotoquímica), y es una reacción en cadena porque se establece una secuencia de reacciones en la que el reactivo de una de ellas es el producto de la anterior.
2. Observa la fotografía, ¿de dónde procede la energía que se desprende violentamente del proceso?
Del Sol (energía aportada para iniciar la reacción), y del balance entre la energía que hay que aportar para romper
los enlaces en los reactivos y la que se desprende cuando se forman enlaces en los productos.
EJERCICIOS PROPUESTOS
1. Cuando el Cl2 y el H2 se ponen en contacto, reaccionan para dar HCl. Explica los procesos que tienen lugar. ¿Por
qué crees que la luz solar favorece este proceso?
−Cl y H−
−H, lo cual requiere cierta enerPara que tenga lugar el proceso, primero deben romperse los enlaces Cl−
gía (242 + 436 = 678 kJ/mol). Esta puede venir dada en forma de energía cinética de las moléculas, pero, en este
caso, la acción de la luz solar rompe la molécula de cloro en dos átomos de cloro, los cuales inician un proceso en
cadena tal y como viene descrito en el texto que da entrada al capítulo.
2. Calcula el balance energético del proceso de obtención del agua conociendo las siguientes energías de enlace
−O: 463; H−
−H: 436; O = O: 496.
(kJ/mol): H−
Escribimos la reacción ajustada: 2 H2 + O2 → 2 H2O
Ruptura de enlaces: 2 ⋅ 436 + 496 = 1368 kJ (energía necesaria)
Formación de enlaces: 2 ⋅ (2 ⋅ 463) = 1852 kJ (energía desprendida)
∆E = 1368 − 1852 = −484 KJ desprendidos en la formación de 2 mol de H2O (g)
El calor desprendido por mol es de 242 kJ.
3. Sabiendo que la ecuación termoquímica completa de la combustión del etileno es:
C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O + 1386,1 kJ
Calcula la energía que se intercambia en la combustión de 50 g de C2H4.
Se trata de un proceso exotérmico en el que se desprenden 1386,1 kJ por cada mol de etileno, de modo que hallamos
50
= 1,79 mol, que producen 1,79 ⋅ 1386,1 = 2481,1 kJ.
los moles que hay en 50 g: n =
28
Energía química
4. Clasifica las reacciones siguientes en endotérmicas o exotérmicas y realiza el diagrama energético de la reacción
del apartado c.
a) C2H2 + 2 H2 → C2H6 + 312 kJ
b) 2 CO2 → 2 CO + O2 − 1132 kJ
C2 H4 + H2
c) C2H4 + H2 − 132 kJ → C2H6
Er
a) C2H2 + 2H2 → C2H6 + 312 kJ ⇒ exotérmica (se desprende energía).
∆E = –132kJ
b) 2CO2 + 1132 kJ → 2 CO + O2 ⇒ endotérmica (absorbe
C2 H6
energía).
Ep
c) C2H4 + H2 → C2H6 + 132 kJ ⇒ exotérmica
Diagrama energético de la reacción del apartado c:
Transcurso de la reacción
20
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
5. A partir de las reacciones vistas, ¿qué energía se obtiene a partir de la oxidación de 1 g de glucosa? ¿Cuánta energía 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 ⋅ 10−3 mol; por tanto, 5,56 ⋅ 10−3 ⋅ 2803 = 15,6 kJ/g.
Además, 1 mol (18 g) de agua que pasa de líquido a vapor absorbe 44 kJ.
Por consiguiente, 1 g requiere 44/18 = 2,4 kJ/g.
6. ¿Cuánta energía 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 desprenderán 890 (kJ/mol) ⋅ 3 (mol) = 2670 kJ.
Igualmente, la energía específica del metano es de 55 kJ/g. En la combustión de 3000 g de metano se desprenderán
55 (kJ/g) ⋅ 3000 (g) = 1,65 ⋅ 105 kJ.
7. ¿Qué cantidad de hidrógeno (en masa y volumen) produciría la misma energía que 1 L de octano (C8H18) líquido de
densidad 0,8 g/cm3?
Un litro de octano líquido equivale a 0,8 kg, es decir, 800 g. Como 1 g desprende 48 kJ, 800 g desprenderán 38 400 kJ.
Para obtener esa energía a partir de hidrógeno harían falta:
38 400 (kJ/142 (kJ/g) = 270,4 g de hidrógeno; 38 400 (kJ)/13 (kJ/L) = 2954 L de hidrógeno a 0 °C y 1 bar
8. ¿Qué ventajas y dificultades puede tener el uso del hidrógeno en automoción?
Desde el punto de vista de su energía específica no puede ser mejor, ya que es muy alta su energía por unidad de
masa. Sin embargo, su energía por unidad de volumen es muy baja, y es enormemente difícil almacenar este gas
en cantidad suficiente, y, a su vez, muy costoso trabajarlo licuado.
9. El ejercicio resuelto 3 da distinto resultado para la velocidad de reacción en los tres primeros minutos y en los tres
siguientes. Interpreta el hecho y calcula la velocidad media de reacción en el conjunto de los seis minutos que dura
el proceso. ¿Se te ocurre alguna manera de aumentar la velocidad de la reacción?
La velocidad de una reacción disminuye a medida que los reactivos se van transformando en productos. Al principio, cuando la concentración de los reactivos es máxima, la velocidad también lo es, y tiende a cero según desaparecen los reactivos.
producto formado
102 (cm3)
=
= 17 cm3/min
V0–6 =
tiempo transcurrido
6 (min)
Si utilizamos magnesio en polvo, aumentará la superficie de contacto entre los reactivos y, con ello, la velocidad de
reacción. Otra forma sería llevar a cabo la reacción con agitación, aumentar la temperatura, etc.
Energía
10. Analiza la siguiente gráfica.
ΔE1 = 20 kJ
a) ¿Afecta la energía de activación al balance energético, ∆E2, del proceso?
b) ¿Se trata de una reacción endotérmica o exotérmica? Calcula su energía de activación.
Reactivos
a) La barrera energética no afecta al balance del proceso, ya que, en función de la
altura de la gráfica, pueden darse muy diversos valores para la barrera.
b) Se trata de una reacción endotérmica y su energía de activación es igual a 20 + 12 = 32 kJ.
Productos
ΔE2 = 12 kJ
Avance de la reacción
11. Explica los fenómenos siguientes.
a) Los alimentos se conservan más tiempo en el frigorífico que fuera de él.
b) La harina de cereales puede llegar a ser inflamable.
c) Un ascua brilla más al acercar una boquilla que desprende oxígeno.
a) A temperaturas bajas se ralentizan las reacciones de descomposición.
b) Al aumentar la superficie de contacto se facilita el proceso de combustión.
c) La combustión tiene lugar debido al oxígeno; por tanto, al aumentar la concentración de este en relación con el
aire, aumenta la velocidad del proceso de combustión 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.esm.net/fq4esoc96 información sobre el porcentaje de españoles que padecen esa deficiencia.
La padecen, aproximadamente, un 15 % de españoles.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
21
SOLUCIONARIO
13. El plomo que contienen los aditivos de las gasolinas puede actuar como veneno para los catalizadores situados en
el tubo de escape de los automóviles. Explica qué significa eso y cómo se podría remediar.
En efecto, un catalizador puede envenenarse o inactivarse. Una causa corriente es que el catalizador absorba una
molécula con tanta fuerza que cierre su superficie frente a la reacción posterior. Algunos metales pesados, como
el plomo, son venenos del catalizador, por lo que debe utilizarse gasolina sin plomo en los motores provistos de
convertidores catalíticos. De paso, disminuye la cantidad de plomo en el medioambiente (el cual es, en sí mismo y
por la misma razón, un veneno también para las personas).
14. La disolución acuosa de amoniaco contiene los siguientes iones: NH3 + H2O → NH4+ + OH−. Predice su comportamiento ácido-base.
La presencia de iones OH− le da carácter básico a la disolución.
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 reacción básica, por lo que un remedio casero consiste en lavar bien
la herida y aplicar vinagre o jugo de limón.
El veneno de la abeja es una apitoxina de reacción ácida, por lo que se calma con una disolución básica de amoniaco o bicarbonato de sodio.
16. En la neutralización descrita en la experiencia del texto, calcula los moles de ácido que hay en el matraz:
a) Cuando se han añadido 5 mL de base.
b) Cuando se han añadido 25 mL de NaOH. ¿Qué color adoptará la fenolftaleína en cada caso?
a) La reacción que se produce es la siguiente: HCl (aq) + NaOH (aq) → H2O (l) + NaCl (aq)
El número de moles que hay es:
Ácido: nHCl = 10 ⋅ 10−3 (L) ⋅ 0,2 (mol/L) = 2 ⋅ 10−3 mol de HCl
Base: nNaOH = 5 ⋅ 10−3 (L) ⋅ 0,1 (mol/L) = 5 ⋅ 10−4 mol de NaOH
Según la estequiometría del proceso, el ácido y la base reaccionan mol a mol, de modo que 5 ⋅ 10−4 mol de
ácido se neutralizan con los 5 ⋅ 10−4 mol de base, se forma la sal correspondiente y sobran 2 ⋅ 10−3 − 5 ⋅ 10−4
= 1,5 ⋅ 10−3 mol de HCl. Así pues, ante este exceso de ácido, la fenolftaleína permanece incolora.
b) Cuando se han añadido 25 mL de NaOH, se tiene:
Ácido: nHCl = 10 ⋅ 10−3 (L) ⋅ 0,2 (mol/L) = 2 ⋅ 10−3 mol de HCl
Base: nNaOH = 25 ⋅ 10−3 (L) ⋅ 0,1 (mol/L) = 2,5 ⋅ 10−3 mol de NaOH
Según la estequiometría del proceso, el ácido y la base reaccionan mol a mol, de modo que los 2 ⋅ 10−3 mol de ácido se neutralizan con los mismos moles de base, se forma la sal correspondiente y sobran:
2,5 ⋅ 10−3 − 2 ⋅ 10−3 = 5 ⋅ 10−4 mol de NaOH
Así pues, ante este exceso de base, la fenolftaleína adquiere un tono rosa fuerte.
TRABAJO EN EL LABORATORIO
Cuestiones
1. ¿Cómo influye la concentración en la velocidad? Explícalo a partir del modelo de colisiones.
Cuanto mayor es la concentración, mayor es el número de moléculas que intervienen en la reacción y, por tanto, el
número de choques entre ellas.
2. Interpreta la gráfica obtenida. ¿Hay algún punto que no esté en la recta representada? ¿Por qué?
Si la representación de
1
frente a t da una línea recta, significa que la concentración y el tiempo de reacción
[Na2S2O3]
son inversamente proporcionales, es decir, [Na2S2O3] ⋅ t = cte. (cuando aumenta la concentración disminuye el tiempo y viceversa). Generalmente, el último punto queda alejado de la recta (es decir, se le adjudica un tiempo de reacción excesivamente alto). Ello es debido a que nosotros detenemos el cronómetro cuando no vemos la cruz, lo cual
ocurre cuando el depósito de azufre la cubre. Puesto que el matraz 5 tiene muy baja concentración de tiosulfato, el
depósito de azufre no termina de cubrir el dibujo y se alarga demasiado el tiempo de medida.
3. ¿Influirá la temperatura sobre este experimento? ¿Cómo lo comprobarías?
En efecto, la temperatura influirá sobre el experimento. Si hiciéramos todo idénticamente pero a temperatura más
alta, los tiempos de reacción bajarían y resultaría una gráfica aproximadamente paralela a la anterior.
22
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
ACTIVIDADES
17. Indica qué afirmaciones son verdaderas o falsas.
a) La ruptura de enlaces requiere energía.
b) Solo la mitad de las colisiones entre moléculas son eficaces para producir reacción.
c) Para que una colisión sea eficaz, basta con que se dé con la orientación adecuada.
d) La energía desprendida en los procesos endotérmicos la escribimos como negativa.
a) Verdadera. Es un proceso que consume energía.
b) Falsa. Es muchísimo menor.
c) Falsa. También es necesario que posea la energía suficiente.
d) Falsa. En los procesos endotérmicos se absorbe energía y se escribe como positiva.
18. Completa en tu cuaderno el siguiente esquema relativo al modelo de colisiones.
19. Dibuja un diagrama energético 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
b) C (s) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g) − 131 kJ
a) S (s) + O2 (g) → SO2 (g) + 296,4 kJ
20. Explica el siguiente hecho.
El bloque de madera de la figura estaba húmedo. Hemos puesto sobre él un erlenmeyer en el
que ha reaccionado hidróxido de bario con nitrato de amonio. Como consecuencia de ello, la
madera se adhiere al fondo del matraz.
La explicación es la siguiente: la reacción entre ambos sólidos es muy endotérmica, por lo que
transcurre con una enorme absorción de energía. Debido a ello, el agua del bloque húmedo de
madera se congela y se adhiere al fondo del matraz.
Ba(OH)2 + NH4NO2
21. De las siguientes reacciones químicas, identifica las endotérmicas y las exotérmicas.
c) MnO2 (s) → MnO (s) + ½ O2 (g) − 134 kJ
a) N2 (g) + O2 (g) + 180 kJ → 2 NO (g)
d) Na (s) + ½ Cl2 (g) → NaCl (s) + 411 kJ
b) CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O + 890 kJ
a) Absorbe calor: endotérmica.
c) Absorbe calor: endotérmica.
b) Desprende calor: exotérmica.
d) Desprende calor: exotérmica.
Energía
22. Se puede obtener metano a partir del siguiente proceso: CO2 (g) + 2 H2O (l) → CH4 (g) + 2 O2 (g).
Si el balance energético del proceso es de +890 kJ por cada mol de CO2 consumido:
a) Escribe la ecuación termoquímica completa. Describe el proceso y haz un diagrama energético del mismo.
b) Calcula la energía intercambiada en la reacción de 24 g de H2O.
a) Es un proceso endotérmico. La ecuación termoquímica ajustada es:
CH4(g) + 2O2(g)
Ep
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:
∆E = 890kJ
24 (g)/18 (g/mol) = 1,33 mol de H2O.
Hacemos la proporción a partir de los coeficientes:
CO2(g) + 2H2O(l)
Er
2 (mol de H2O) 890 (kJ)
=
⇒ x = 592 kJ se necesitan.
1,33 (mol)
x (kJ)
Avance de la reacción
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
23
SOLUCIONARIO
23. A partir del diagrama energético, escribe la ecuación termoquímica de formación
−N (g): 946 kJ/mol y O−
−O
del NO. Si las energías de enlace de los reactivos son N−
−O (g).
(g): 494 kJ/mol, calcula la energía del enlace N−
N2 (g) + O2 (g) + 180 kJ → 2 NO (g)
−N y O−
−O: 946 + 494 = 1440 kJ.
Energía consumida en romper los enlaces N−
−O: 2Q.
Energía desprendida en la formación del enlace N−
Por tanto, ∆E = 1440 − 2 Q = 180 kJ, de donde sale Q = 630 kJ/mol.
Energía
2 NO (g)
180 kJ
N2(g) + O2(g)
Avance de la reacción
Energía
25. En la unidad se describe la reacción entre el cloro y el hidrógeno: H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g).
−Cl: 431; H−
−H: 436; Cl−
−Cl: 242.
Las energías de enlace en kJ/mol son las siguientes: H−
a) Halla el balance energético del proceso y dibuja el diagrama energético.
H2(g) + Cl2(g)
Er
b) ¿Qué energía se intercambia en la formación de 200 g de HCl?
a) Ruptura de enlaces: 436 + 242 = 678 kJ (energía necesaria).
∆E = –184kJ
Formación de enlaces: 2 ⋅ 431 = 862 kJ (energía desprendida).
2HCl(g)
E
∆E = 678 − 862 = −184 kJ desprendidos en la formación de 2 mol de HCl (g). p
b) Energía intercambiada por mol de HCl: 184 (kJ)/2 (mol) = 92 kJ/mol
Avance de la reacción
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 cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas.
a) Se trata de un proceso exotérmico.
b) La energía se coloca con signo más 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 más 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 qué afirmaciones son verdaderas y cuáles son falsas y por qué.
a) La cantidad de energía por gramo que produce un combustible se conoce como densidad de energía.
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 energía es la cantidad de energía 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 pensó en el diborano (B2H6) como combustible para cohetes.
a) ¿Cuántas toneladas de oxígeno líquido debería transportar un cohete para quemar 10 t de diborano si se produce B2O3 y H2O?
b) Busca los combustibles que usan las lanzaderas espaciales en la siguiente dirección: www.e-sm.net/fq4esoc97
10 000 (kg)
= 362,3 kmol de B2H6
a) 10 toneladas son:
27,6 (kg/kmol)
Según la reacción de combustión, B2H6 + 3 O2 → B2O3 + 3 H2O, hace falta el triple de oxígeno, 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), criogénicos y sólidos (para el despegue), e
hipergólicos (en la órbita). Por ejemplo, el transbordador espacial lleva perclorato de amonio en los cohetes aceleradores. En su tanque externo, separado en dos recipientes, lleva oxígeno líquido en uno e hidrógeno líquido
en otro. Se mezclan en la cámara de combustión de los motores principales, dando lugar a la combustión.
30. La combustión de la acetona viene dada por la siguiente reacción: C3H6O (l) + O2(g) → CO2 (g) + H2O (g) + 1790 kJ
a) Ajústala y calcula qué energía se desprende al quemar 15 mol de acetona.
b) ¿Cuántos gramos de acetona será 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
12 300 (kJ)
= 6,87 mol ; que son 58 (g/mol) ⋅ 6,87 (mol) = 398,5 g.
a) Los moles de acetona necesarios son:
1790 (kJ/mol)
24
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
31. La energía química asociada a los alimentos es muy diversa: desde los 2,5 kJ/g para las manzanas hasta los 17
kJ/g para el queso. Para una chica de 18 años se recomienda un consumo de 9 MJ/día. Si solo se alimentara de
manzanas, ¿qué cantidad haría falta? ¿Y de queso?
9 MJ/día 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 combustión de −4854 kJ/mol
y una densidad de 0,68 g/mL. Halla su energía específica y su densidad de energía.
Masa molar del heptano: 100 g/mol.
Se desprenden 4854 kJ/mol, es decir, 4854 kJ por cada 100g de heptano. Por tanto:
Energía específica: 4854 (kJ/mol)/100 (g/mol) = 48,54 kJ/g
Densidad de energía: 48,54 (kJ/g) ⋅ 0,68 (g/mL) = 33,007 kJ/mL = 33 007 kJ/L
33. Indica qué afirmación es verdadera.
a) Las reacciones son lentas cuando su energía de activación es baja.
b) La velocidad de cada reacción es constante e independiente de factores externos.
c) La acción de los catalizadores aumenta la energía de activación de un proceso.
d) La acción de los catalizadores aumenta la velocidad de reacción.
e) Las reacciones en disolución son muy lentas por lo general, ya que no es necesario romper enlaces.
a) Falsa. Es al revés.
b) Falsa. La velocidad depende de diversos factores externos.
c) Falsa. Disminuye la energía de activación.
d) Verdadera. Al disminuir la energía de activación, aumenta la velocidad de reacción.
e) Falsa. Al necesitar romper menos enlaces, la reacción es más rápida.
34. El agua oxigenada (H2O2) se descompone de manera natural en H2O y O2 (g): H2O2 → H2O + ½ O2
El MnO2 es un catalizador del proceso, y la glicerina, un inhibidor.
a) Explica cómo actúa cada uno. ¿Cómo estabilizarías el H2O2 para que dure más tiempo?
b) ¿De qué otra manera se podría aumentar la velocidad de descomposición del H2O2?
a) Los catalizadores aumentan la velocidad de las reacciones químicas y no se consumen durante el proceso.
Los inhibidores o catalizadores negativos son sustancias que disminuyen la velocidad de ciertas reacciones químicas.
La glicerina, en efecto, haría que la descomposición del agua oxigenada fuera más lenta.
b) La velocidad podría aumentar también si aumentáramos la temperatura.
35. La gráfica se refiere al volumen de H2 desprendido cuando un trozo de magnesio reacciona con HCl (aq).
a) ¿En cuánto tiempo se ha completado el proceso y
cuánto H2 se obtiene?
b) Calcula la velocidad media de reacción en los dos
primeros minutos del proceso.
c) Calcula la velocidad media a lo largo de todo el
proceso. ¿Por qué no coincide con la anterior?
d) Expresa el resultado en mg de H2 por minuto
(medido a 0 °C y 1 atm).
e) ¿Qué podríamos hacer para aumentar la velocidad
del proceso?
Volumen de H2 (cm3)
85
60
50
1
2
3
4
Tiempo (minutos)
a) A partir del minuto 3,5 no hay más desprendimiento de H2. Se obtienen en total 85 cm3.
60 (cm3)
= 30 cm3 de H2/min
b) En los dos primeros minutos se han desprendido 60 cm3. Por tanto: v0–2 =
2 (min)
85 (cm3)
= 24,3 cm3 de H2/min
c) La velocidad media a lo largo de todo el proceso es: v0–2 =
3,5 (min)
Es lógico 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. Así pues, 24,3 cm3 son 0,0243 L, es decir:
0,0243 (L)
= 1,08 ⋅ 10−3 mol H2; que son 2,16 ⋅ 10−3 g de H2/min = 2,16 mg de H2/min
n=
22,4 (L/mol)
e) Por ejemplo, aumentar la temperatura.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
25
SOLUCIONARIO
37. En un matraz hay 0,065 mol de A y se deja reaccionar para formar B, según el proceso hipotético: A (g) → 2 B (g).
A partir de los datos:
Tiempo (s)
0
20
40
60
80
Moles de A
0,065
0,051
0,042
0,036
0,031
a) ¿Cuántos moles de B hay en cada tiempo considerado?
b) ¿Cuál es la velocidad media de desaparición de A, en mol/s, en cada intervalo de 20 s?
c) Entre t = 20 y t = 60 s, halla la velocidad media de aparición de B en mol/s.
a) En cada tiempo habrá el doble de moles de B de lo que ha desaparecido de A; así, podemos hacer la siguiente
tabla:
Tiempo (s)
0
Moles de A
0,065 0,051
Moles de A
desaparecidos
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
20
40
60
80
0,042
0,036
0,031
2 ⋅ 0,023 = 0,046
2 ⋅ 0,029 = 0,058
b) La velocidad media de desaparición de A, en cada intervalo, se calcula: vA =
v0–20 =
0,014 (mol)
= 7 ⋅ 10−4 mol/s
20 (s)
v40–60 =
c) v20–60 =
(0,029 − 0,023) (mol)
= 3 ⋅ 10−4 mol/s
20 (s)
2 ⋅ 0,034 = 0,068
moles de A transformados
tiempo transcurrido
v20–40 =
(0,023 − 0,014) (mol)
= 4,5 ⋅ 10−4 mol/s
20 (s)
v60–80 =
(0,034 − 0,029) (mol)
= 2,5 ⋅ 10−4 mol/s
20 (s)
(0,058 − 0,028) (mol)
= 7,5 ⋅ 10−4 mol/s
40 (s)
38. De las siguientes parejas de sustancias, algunas tienen su pH intercambiado. Adivina cuáles.
a) Agua destilada (pH = 5) − Café (pH = 7).
b) Jugo de limón (pH = 2,5) − Agua jabonosa (pH = 9).
c) Amoniaco (pH = 4) − Cerveza (pH = 12).
d) Zumo de naranja (pH = 10,5) − Lejía (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 neutralización ácido-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 disolución acuosa de una sustancia desconocida y al medir su pH resulta igual a 1. Deduce
qué afirmaciones son verdaderas.
a) Si mojamos en ella un trozo de papel indicador universal, se pone azul muy oscuro.
b) La concentración de iones H+ será: 101 = 10 mol/L.
c) Si se pone un clavo de hierro en la disolución, reaccionará desprendiendo burbujas de H2.
d) Si queremos que la disolución adquiera pH = 7, podemos neutralizarla con HCl.
e) Si se pone un trocito de mármol (CaCO3) en ella, se desprenden burbujas de CO2.
a) Falsa. Se pondría rojo fuerte.
b) Falsa. Puesto que pH = −log [H+], será log [H+] = −1; por tanto, [H+] = 10−1 = 0,1 mol/L.
c) Verdadera. Las disoluciones ácidas atacan a los metales desprendiendo hidrógeno.
d) Falsa. Puesto que se trata de una disolución ácida, habrá que neutralizarla con una base como NaOH.
e) Verdadera. Reacciona con CaCO3 desprendiendo dióxido de carbono.
26
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
41. A partir de la definición de pH, calcula:
a) La concentración molar de iones H+ de una disolución de pH = 2.
b) El pH de una disolución de HNO3 de concentración 0,025 mol/L.
c) El pH de una disolución de HCl de concentración 3,65 g/L.
a) pH = −log [H+], log [H+] = −2; por tanto, [H+] = 10−2 = 0,01 mol/L
b) pH = −log [H+]; pH = −log [0,025] = 1,6
c) Calculamos primero la concentración molar hallando el número 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 fármaco para combatir la acidez (HCl) de estómago lleva 500 mg de Al(OH)3 en cada comprimido.
a) ¿Qué reacción tiene lugar cuando el comprimido llega al estómago?
b) Calcula cuántos gramos de HCl son neutralizados por cada comprimido.
a) Puesto que el exceso de acidez está causado por el HCl, la ingesta del Al(OH)3 genera una reacción de neutralización ácido-base: 3 HCl + Al(OH)3 → AlCl3 + 3 H2O
0,5 (g)
= 0,0064 mol de Al(OH)3
b) 0,5 g de Al(OH)3 son n =
78 (g/mol)
Cada mol, en disolución, genera tres moles OH−, de modo que por cada comprimido tenemos:
0,0064 ⋅ 3 = 0,0192 mol de OH−. Por tanto, harán falta otros 0,0192 mol de H+ para neutralizarlos.
Así 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 combustión 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 termoquímicas ajustadas y completas.
b) ¿Qué puede decirse de la energía específica de los hidrocarburos? Atendiendo a ella, ¿cuál es el más indicado
para el consumo?
c) Calcula la densidad de energía (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
7
C2H6: 52 (kJ/g) ⋅ 30 (g/mol) = 1560 kJ/mol ⇒ C2H6 + O2 → 2 CO2 + 3 H2O + 1560 kJ
2
C3H8: 50,4 (kJ/g) ⋅ 44 (g/mol) = 2217,6 kJ/mol ⇒ C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O + 2217,6 kJ
13
C4H10: 49,6 (kJ/g) ⋅ 58 (g/mol) = 2876,8 kJ/mol ⇒ C4H10 +
O2 → 4 CO2 + 5 H2O + 2876,8 kJ
2
b) La energía específica aumenta al disminuir la masa molar, de modo que, si solo atendiéramos a este dato, el
más indicado para el consumo sería el metano (CH4).
2217,6 (kJ/mol)
= 99 kJ/L.
c) 22,4 L desprenden 2217,6 kJ; por tanto,
22,4 (L/mol)
45. Analiza los diagramas energéticos de la figura.
a)
b)
c)
a)
¿Cuáles representan procesos exotérmicos y cuáles endotérmicos? ¿Qué calor se intercambia en cada proceso?
Ordénalos de más lento a más rápido.
¿Cuál sería el orden de rapidez si se invirtiera el sentido de las reacciones?
Son exotérmicos los dos primeros (se desprenden 12 y 18 kJ, respectivamente) y endotérmico el tercero (se absorben 6 kJ).
b) Cuanto menor es la energía de activación, más rápida es la reacción; por tanto, el orden es 3.º < 2.º < 1.º
c) Si se invirtiera, el orden quedaría 2.º < 1.º < 3.º, ya que las energías de activación serían de 43, 30 y 26 kJ, respectivamente.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
27
SOLUCIONARIO
46. El valor energético de la madera es de, aproximadamente, 18 kJ/g; el de la gasolina, de 49 kJ/g, y el del hidrógeno, de 142 kJ/g. Cierta familia consume en un invierno 2 t de madera.
a) ¿Qué cantidad de gasolina y de hidrógeno haría falta para producir la misma energía?
b) ¿Qué productos de reacción daría la combustión del hidrógeno y en qué cantidad?
c) Calcula la densidad de energía de la gasolina (densidad = 0,8 kg/L) y del hidrógeno gas a 0 °C y 1 atm.
d) ¿Qué 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 hidrógeno.
b) Solo produce agua. Un mol de hidrógeno 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 hidrógeno es el más indicado. Si hemos de transportarlo en el lugar de uso, por ejemplo, en un coche, es más indicada la gasolina dada su gran densidad de energía.
47. Disponemos de un cubo de antracita de 5 × 5 × 5 cm y densidad 1,6 g/cm3.
a) Si en su combustión se desprenden 6200 kJ, halla el calor de combustión de la antracita.
b) Como sabes, existen numerosos tipos de carbón. Analiza su clasificación en la siguiente página 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 C
El calor de combustión es de 6200 (kJ) / 16,67 (mol) = 371,9 kJ/mol.
b) Aparecen descritos en la página los cuatro grandes tipos, ordenados de menor a mayor porcentaje de carbón:
turba, lignito, hulla y antracita.
48. Se quiere estudiar la velocidad de reacción entre el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico:
CaCO3 (s) + 2HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
A medida que avanza la reacción, el CO2 escapa del erlenmeyer y la masa del conjunto disminuye.
a) Completa en tu cuaderno la tabla del experimento y representa la masa de dióxido de carbono desprendido frente al tiempo.
b) Determina la velocidad media de la reacción en g CO2/min, en tramos de dos
minutos. ¿Por qué no coincide?
c) ¿Qué masa total de dióxido de carbono se ha desprendido y cuánto carbonato
ha reaccionado?
d) Halla la velocidad media de todo el proceso en moles desaparecidos de CaCO3
en cada minuto.
a) La tabla completa, incluyendo la masa de CO2 desprendida minuto a minuto,
sería la siguiente:
28
t
(min)
Masa total
erlenmeyer
Masa CO2
desprendido
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
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
CO 2 (g)
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
t (min)
SOLUCIONARIO
b) Se calcula la velocidad media de desaparición de CO2 en cada intervalo: vCO2 =
v0–2 =
2,97 (g)
= 1,485 g/min
2 (min)
v2–4 =
∆m CO2 (g)
∆t (min)
(4,04 − 2,97) (g)
= 0,535 g/min
2 (min)
(4,36 − 4,04) (g)
(4,4 − 4,36) (g)
= 0,16 g/min
= 0,02 g/min
v6–8 =
2 (min)
2 (min)
No coincide, ya que cada vez queda menos reactivo y, lógicamente, la velocidad disminuye.
4,4 (g)
= 0,10 mol. Los mismos moles de carbonato que han
c) Se han desprendido un total de 4,4 g, que son:
44 (g/mol)
reaccionado. Es decir, 0,10 (mol) ⋅ 100 (g/mo) = 10 g de CaCO3.
0,10 (mol)
= 0,014 mol/min.
d) La velocidad media de todo el proceso será
7 (min)
v4–6 =
Energía
50. En la reacción de combustión del pentano (C5H12), sabiendo que se desprenden 3537 kJ/mol:
a) Escribe la ecuación.
b) Dibuja el diagrama energético del proceso. ¿Por qué decimos que E < 0? Describe los enlaces que se rompen y los que se forman.
c) ¿Qué cantidad de energía desprenderá una bombona de pentano de 10 kg?
d) ¿Cuántos litros de aire (21 % de O2), medidos a 0 °C y 1 atm, son necesarios para su combustión?
a) C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O + 3537 kJ
b) ∆E nos da el balance energético durante el proceso, es decir:
C5H12 + 8 O2
Er
∆E = Eproductos − Ereactivos
En este caso significa que Eproductos < Ereactivos, lo que corresponde a
un proceso exotérmico, como el que se describe en el diagrama adjunΔE = − 3537kJ
to.
−H, C−
−C, del pentano, así como el doble
Se rompen los enlaces C−
2CO2 + 6 H2O
Ep
=O.
enlace O=
=O en el CO2 y los enlaces O−
−H en el agua.
Se forman los enlaces C=
10 000 (g)
= 138,89 mol de C5H12
c) Calculamos los moles:
Avance de la reacción
72 (g/mol)
La energía desprendida es 138,89 (mol) ⋅ 3537 (kJ/mol) = 4,91 ⋅ 105 kJ.
d) Harán falta 138,89 ⋅ 8 = 1111,1 mol de O2, es decir, 1 111,1 (mol) ⋅ 22,4 (L/mol) = 2,49 ⋅ 104 L de O2.
100 (L de aire)
= 1,19 ⋅ 105 L de aire.
Que son 2,49 ⋅ 104 (L de O2) ⋅
21 (L de O2)
PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS
RELACIONA CON TU ENTORNO
Automóviles menos contaminantes
1. Señala los gases contaminantes que producen los automóviles.
CO, NOx, SOx e hidrocarburos CxHy.
2. Muchos monumentos de nuestro patrimonio artístico presentan importantes daños (mal de la piedra).
a) Describe el proceso o los procesos que originan este daño.
b) ¿Cuáles son los principales gases contaminantes que intervienen en estos procesos?
c) ¿Qué medidas se podrían adoptar para frenar este deterioro del patrimonio arquitectónico y escultórico?
a) Algunos de los gases mencionados se oxidan y se forman ácidos fuertes, como el sulfúrico y el nítrico, según el
siguiente proceso esquemático:
SOx + H2O → H2SO4
NOx + H2O → HNO3
El patrimonio construido con piedra caliza experimenta también muchos daños, pues la piedra sufre la siguiente reacción química, proceso conocido como mal de la piedra:
CaCO3 (piedra caliza) + H2SO4 y/o HNO3 (lluvia ácida) → CaSO4 (yeso) + CO2 + H2O
Es decir, se transforma en yeso, y este es disuelto por el agua con mucha mayor facilidad y, además, al tener un
volumen mayor, actúa como una cuña, provocando el desmoronamiento de la piedra.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
29
SOLUCIONARIO
b) Principalmente son dos: el dióxido de azufre (SO2, se estima que contribuye en un 60-70 %) y los óxidos de nitrógeno (NOx, que contribuyen en torno al 30 %); el porcentaje restante, en torno a un 6%, sería responsabilidad de
otras especies químicas.
c) Las más elementales son las siguientes:
– Usar combustibles limpios, tanto en lo que se refiere a los automóviles como en las centrales térmicas, industrias, etc.
– Fabricar catalizadores cada vez mejores que eliminen las emisiones de los coches.
– Limitar la circulación sobre los cascos antiguos. Si bien no elimina el riesgo de la lluvia ácida, que procede de
otros lugares, limita otros deterioros, como hollín, suciedad, etc.
3. ¿Qué efectos nocivos para la salud provocan los gases que producen los automóviles? Infórmate en las siguientes
páginas web: www.e-sm.net/fq4esoc99ywww.e-sm.net/fq4esoc100
Problemas pulmonares, vasculares y respiratorios, especialmente en niños y ancianos.
A su vez está relacionado con alimentos contaminados, agua, polvo en suspensión, etc.
4. Describe las reacciones químicas que tienen lugar dentro del catalizador y ajústalas.
Algunas de las reacciones se resumen en el esquema siguiente:
Gases
HC (hidrocarburos)
Reacciones
CxHy + O2 → CO2 + H2O
CO (monóxido de carbono)
CO + ½ O2 → CO2
NOx (óxidos de nitrógeno)
NOx + O2 → N2 + O2
Al pasar por el catalizador
Se transforman en vapor de agua y dióxido de carbono
Se transforma en gas dióxido de carbono
Se convierten en N2 (nitrógeno), que representa el 75 %
del aire que respiramos.
5. Infórmate sobre los biocombustibles en las siguientes páginas web:
www.e-sm.net/fq4esoc101 y www.e-sm.net/fq4esoc102
a) Elabora un informe escrito sobre cómo se obtienen biocombustibles y sus diferentes clases.
b) Prepara y expón una presentación sobre las ventajas y los inconvenientes de la producción y utilización de biocombustible.
c) Lleva a cabo una investigación sobre la tasa de retorno energético (TRE) de los biocombustibles.
Respuesta libre.
A pesar de que los combustibles de origen vegetal también producen CO2 cuando se queman, estas emisiones se
ven compensadas en gran parte por la absorción de CO2 durante el crecimiento de esas mismas plantas. Así pues,
la sustitución de combustibles derivados de petróleo por biocombustibles reduciría de forma efectiva la cantidad de
CO2 que se emite a la atmósfera.
Los biocombustibles de primera generación, que ya se utilizan, consisten en etanol procedente de cultivos como la
caña de azúcar, y en biodiésel fabricado a partir de aceites vegetales. El etanol se puede mezclar con la gasolina,
y el biodiésel con el gasóleo, y utilizarse en los vehículos actuales sin modificación alguna.
Los biocombustibles de segunda generación, procedentes de fuentes de biomasa tales como astillas de madera y
una amplia gama de residuos, serán los sustitutos de la gasolina y el gasóleo, con ayuda de tecnologías avanzadas
de gasificación. Son mucho más limpios que los combustibles fósiles y tienen potencial, a largo plazo, para reducir
la dependencia de la UE de los productos petroleros como combustibles para el transporte.
En diciembre del 2005, la Comisión lanzó un plan de acción para la biomasa. A partir de él se han propuesto otros
planes para fomentar un mayor uso de los biocombustibles.
6. En la página www.e-sm.net/fq4esoc103 encontrarás datos acerca del consumo de energía y de la emisión de CO2
debido al transporte. Haz una síntesis.
Respuesta libre.
7. Por cada litro de gasolina consumido, un coche emite, en promedio, 2,3 kg de CO2; por cada litro de gasóleo, unos
2,6 kg de CO2. Calcula la cantidad de CO2 emitida por un coche cuando consume los 45 L de gasóleo del depósito.
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 gasóleo emite 45 (L) ⋅ 2,6 (kg de CO2/L) = 117 kg de CO2.
30
Unidad 11
Energía y velocidad de las reacciones químicas
SOLUCIONARIO
LEE Y COMPRENDE
Las lejías
1. ¿Qué otra acepción tiene el término “lejía”?
Recibe el nombre de “colada”.
2. ¿Dónde está el poder limpiador del agua con cenizas?
En la disolución 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, ¿qué sustancias
llevan?
Llevan “lejía para las barbas”.
4. ¿Qué productos predominan en la solución lechosa que se cuela de las cenizas?
Hidróxidos de sodio y de potasio, NaOH y KOH, llamados sosa y potasa cáustica, respectivamente.
5. Para formar el jabón, ¿qué es necesario?
El jabón se obtiene de la reacción de cualquiera de ellos, o los dos, con grasas.
6. ¿A qué se llamó en latín lixiviare?
Lixiviare = colar; separa lo soluble de lo insoluble.
7. ¿De qué dependen los distintos tipos de lejías?
De dos cosas: del árbol del que proceden las cenizas y del procesamiento.
8. ¿Qué es el hipoclorito de sodio?
El hipoclorito de sodio es un oxidante conocido vulgarmente como “cloro”.
9. Busca información acerca de Gabriel Zaid y elabora una breve biografía.
Respuesta libre.
Energía y velocidad de las reacciones químicas
Unidad 11
31
Autoría: Julio Puente • Edición: Nicolás Romo, Natividad España • Corrección: José Luis Guzmán • Ilustración: Ariel Gómez, Pablo Jurado,
Drop Ilustración, Archivo SM • Diseño: Pablo Canelas, Alfonso Ruano • Maquetación: Grafilia S.L. • Coordinación de diseño: José Luis
Rodríguez • Coordinación editorial: Nuria Corredera • Dirección editorial: Aída Moya
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