Exercicis de reaccions químiques — Física i Química 3r ESO

(a) Trencar un vidre és un canvi físic: segueix sent vidre, només en trossos. (b) El ferro que es rovella és un canvi químic: el ferro es transforma en una substància nova (òxid de ferro).

Reactius: $\mathrm{H}_{2}$ i $\mathrm{O}_{2}$ (a l'esquerra de la fletxa).
Producte: $\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$ (a la dreta).
Coeficients: 2 per a l'$\mathrm{H}_{2}$, 1 per a l'$\mathrm{O}_{2}$ (no s'escriu) i 2 per a l'$\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$.

Per exemple: aparició de bombolles (despreniment d'un gas), canvi de color, formació d'un sòlid dins d'un líquid (precipitat), despreniment o absorció de calor, o emissió de llum.

Hi ha 2 oxígens als reactius i només 1 al producte, per tant posem un 2 davant de MgO; ara calen 2 Mg.
2 Mg + $\mathrm{O}_{2}$ → 2 MgO.
Comprovació: 2 Mg i 2 O a cada costat.

Hi ha 2 H i 2 Cl als reactius i 1 H i 1 Cl al producte; posem un 2 davant del HCl.
H₂ + Cl₂ → 2 HCl.
Comprovació: 2 H i 2 Cl a cada costat.

Als reactius hi ha 2 N i 2 O; al producte, 1 N i 1 O. Amb un 2 davant de NO s'igualen els dos.
$\mathrm{N}_{2}$ + $\mathrm{O}_{2}$ → 2 NO.
Comprovació: 2 N i 2 O a cada costat.

En una reacció exotèrmica es desprèn energia en forma de calor cap a l'entorn (exemple: la combustió del gas d'una cuina).
En una d'endotèrmica s'absorbeix energia de l'entorn (exemple: la descomposició del carbonat de calci en escalfar-lo, o la fotosíntesi).

En una reacció química, la massa total dels reactius és igual a la massa total dels productes: la matèria no es crea ni es destrueix, només es transforma.
Va ser establerta per Antoine Lavoisier.

Per exemple: augmentar la temperatura, augmentar la concentració dels reactius, augmentar la superfície de contacte (dividir en trossos més petits) i afegir un catalitzador.

Reactius: l'hidrocarbur (el combustible) i l'oxigen.
Productes: diòxid de carboni (CO₂) i aigua (H₂O), i es desprèn energia.

Reactius: a CH₄ hi ha 1 C i 4 H; a 2 O₂ hi ha 2·2 = 4 O.
Total reactius: 1 C, 4 H, 4 O.
Productes: a CO₂ hi ha 1 C i 2 O; a 2 H₂O hi ha 2·2 = 4 H i 2·1 = 2 O.
Total productes: 1 C, 4 H, 2 + 2 = 4 O.
Cada element té el mateix nombre d'àtoms als dos costats (1 C, 4 H, 4 O): l'equació SÍ que està ajustada.

(a) $\mathrm{H}_{2}$ + $\mathrm{O}_{2}$ → $\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$.
(b) Els reactius són les substàncies de partida i van a l'esquerra de la fletxa: l'hidrogen $\mathrm{H}_{2}$ i l'oxigen $\mathrm{O}_{2}$. El producte és el que en resulta i va a la dreta: l'aigua $\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$.
(c) És un canvi químic: apareix una substància nova, l'aigua, que no s'assembla gens a les de partida (dos gasos), i no es pot desfer fàcilment.

Perquè canviar un subíndex canvia la substància: $\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$ és aigua, però $\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}$ és aigua oxigenada, una cosa diferent. Ajustar no ha de canviar les substàncies, només quantes n'hi ha; per això només es toquen els coeficients (els nombres de davant).

Per la llei de conservació de la massa, la massa de la sal (producte) és la suma dels reactius.
23 + 35,5 = 58,5 g.
S'obtenen 58,5 g de sal.

Perquè una part de la massa se'n va en forma de gasos (com el diòxid de carboni i el vapor d'aigua) que no veiem i pugen a l'aire. La massa no es perd de debò: si es recollissin els gasos i la cendra, sumarien igual que la fusta i l'oxigen del principi (llei de conservació de la massa).

Primer igualem el carboni (3 CO₂) i l'hidrogen (4 H₂O): C₃H₈ + O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O.
Comptem els oxígens dels productes: 3 · 2 + 4 · 1 = 10, per tant calen 5 O₂.
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O.
Comprovació: 3 C, 8 H i 10 O a cada costat. Convé deixar l'oxigen per al final.

Els oxígens: 2 als reactius i 3 al producte; el mínim comú múltiple és 6, per tant 3 O₂ i 2 Al₂O₃.
Ara hi ha 4 Al als productes, per tant 4 Al als reactius.
4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃.
Comprovació: 4 Al i 6 O a cada costat.

Per la llei de conservació de la massa: massa dels reactius = massa dels productes.
10 g = 5,6 g + m(CO₂), per tant m(CO₂) = 10 - 5,6 = 4,4 g.
Hem aplicat la llei de Lavoisier.

Triturada, la pastilla té més superfície de contacte amb l'aigua, i per això hi ha més xocs entre partícules i la reacció és més ràpida.
Amb aigua tèbia les partícules es mouen més de pressa i xoquen més sovint i amb més energia, per això la reacció va més de pressa.

(a) Exotèrmica: desprèn molta calor i llum.
(b) Endotèrmica: les plantes absorbeixen energia de la llum del Sol.
(c) Exotèrmica: encara que sigui lenta, la rovellada desprèn una mica de calor.

Comencem per igualar el ferro: 2 Fe als productes.
Els oxígens: als reactius hi ha 3 + (nombre de CO); als productes, 2 per cada CO₂. Amb 3 CO i 3 CO₂ tenim 3 + 3 = 6 O a cada costat i 3 C a cada costat.
Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.

A l'esquerra hi ha 2 N; a la dreta, 1 (de NH₃). Posem un 2 davant de NH₃: N₂ + H₂ → 2 NH₃. Ara hi ha 2 N a cada costat, però l'hidrogen queda 2 a l'esquerra i 6 a la dreta.
Posem un 3 davant de H₂: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃. Ara hi ha 6 H a cada costat i 2 N a cada costat: ajustada.

És una mica més llarga. Provem: posem un 2 davant de Fe₂O₃ perquè els oxígens quadrin en parell: Fe + O₂ → 2 Fe₂O₃, que dona 6 O i 4 Fe a la dreta.
Ara els oxígens: 6 a la dreta, així que calen 3 O₂ a l'esquerra (3·2 = 6). I 4 Fe a la dreta, així que 4 Fe a l'esquerra.
Ajustada: 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ (4 Fe i 6 O a cada costat).

La massa dels reactius ha de ser igual a la dels productes: reactius = 44 g.
Un reactiu en tenia 12, així que l'altre en tenia 44 - 12 = 32 g.
El segon reactiu tenia 32 g.

(a) 6 g és el triple de 2 g, per tant calen 3 · 16 = 48 g d'oxigen i s'obtenen 3 · 18 = 54 g d'aigua (comprovació: 6 + 48 = 54).
(b) Amb 20 g d'oxigen només reaccionen $\tfrac{20}{16}$ · 2 = 2,5 g d'hidrogen. L'oxigen és el reactiu limitant.
Aigua formada: 2,5 + 20 = 22,5 g.
Sobren 4 - 2,5 = 1,5 g d'hidrogen.

12 g és la quarta part de 48 g, per tant totes les masses es divideixen per 4.
Oxigen necessari: $\tfrac{32}{4} = 8$ g.
Òxid de magnesi obtingut: $\tfrac{80}{4} = 20$ g.
Comprovació: 12 + 8 = 20 g, la massa de reactius és igual a la de producte.

La llana d'acer ha reaccionat amb l'oxigen de l'aire (que és un reactiu invisible), per tant el producte pesa més que el ferro inicial.
Massa d'oxigen = massa de l'òxid - massa del ferro = 8,0 - 5,6 = 2,4 g.
La massa total es conserva si tenim en compte l'oxigen: 5,6 + 2,4 = 8,0 g.

A-B compara la superfície de contacte (trossos o pols).
A-C compara la concentració de l'àcid.
A-D compara la temperatura.
La més lenta és A: en B, C i D hi ha un factor que accelera la reacció (més superfície, més concentració i més temperatura, respectivament) mentre que A té els tres factors al nivell més baix.

SO₂ + O₂ → SO₃: hi ha 4 O als reactius contra 3 O al producte, per tant 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ (2 S i 6 O a cada costat).
SO₃ + H₂O → H₂SO₄ ja està ajustada (1 S, 2 H i 4 O a cada costat).
El SO₂ de les combustions s'oxida a SO₃ a l'atmosfera i en reaccionar amb el vapor d'aigua forma àcid sulfúric, que cau amb la pluja i l'acidifica.

La proporció de les masses ve de l'equació: 16 g de CH₄ reaccionen amb 2 · 32 = 64 g d'O₂ i produeixen 44 g de CO₂ i 2 · 18 = 36 g de H₂O.
Com que tenim justament 16 g de metà, aquestes són les masses.
Comprovació: reactius 16 + 64 = 80 g; productes 44 + 36 = 80 g.