Cálculos en partículas
En realidad no es posible contar partículas (átomos o moléculas), y colocarlas en un recipiente, porque son demasiado pequeñas como para poder aislarlas. Sin embargo, trabajar con partículas permite entender cómo se producen las reacciones químicas, para lo que en primer lugar vas a ajustar en cada caso la ecuación de la reacción química correspondiente.
Actividad 8.1 Sintetizando HCl
En un recipiente vacío introduces diferentes cantidades determinadas de moléculas de cloro y de hidrógeno, de forma que un cierto tiempo después ha reaccionado todo lo que podía reaccionar y en el recipiente hay las cantidades siguientes de moléculas. Determina en cada caso la composición de la mezcla inicial.
a) 10 moléculas de HCl.
b) 5 moléculas de Cl2 y 10 de HCl.
c) 8 moléculas de H2 y 15 de HCl.
Actividad 8.2 La síntesis del agua
Utiliza las conclusiones de la simulación de la reacción de formación del agua (el O rojo y el H amarillo). Si en el recipiente inyectas 50 moléculas de oxígeno ¿cuántas moléculas de hidrógeno necesitas para que reaccionen y no sobre ninguna de oxígeno? ¿Cuántas moléculas de agua se formarán?
Actividad 8.3 La combustión del CO
Cuando se quema el monóxido de carbono con oxígeno se forma dióxido de carbono.
a) Dibuja un diagrama de partículas que represente la reacción.
b) Escribe y ajusta la ecuación de la reacción.
c) Al mezclar en un recipiente monóxido de carbono con oxígeno, se determina que se han formado 500 moléculas de dióxido de carbono y que han sobrado 100 moléculas de CO. ¿Cuántas moléculas de O2 había en el recipiente antes de la reacción?
Cálculos en masa
Este es el aspecto realmente práctico. Por ejemplo, para saber en una industria metalúrgica cuánto hierro se obtiene por kilogramo de óxido de hierro que reacciona. Ese hierro se utilizará después para obtener acero, con el que se fabrican objetos de todo tipo como tubos, depósitos para líquidos, cuberterías, etc.
En cada caso vas a ajustar la ecuación de la reacción química correspondiente, aunque no la vas a utilizar para hacer el cálculo que se pide (esa forma de trabajar se deja para cursos posteriores).
Actividad 8.4 La metalurgia del hierro
El hierro reacciona con el oxígeno en la proporción de 2,62 g de hierro por cada gramo de oxígeno. Determina la masa de hierro que se obtiene en una industria metalúrgica por cada kilogramo de óxido de hierro (Fe2O3) que se descompone en hierro y oxígeno.
Actividad 8.5 Obteniendo hidrógeno
El hidrógeno probablemente sea el combustible del futuro. Se obtiene a partir de agua, que se descompone en hidrógeno y oxígeno. Partiendo de un kilogramo de agua, ¿cuánto hidrógeno se puede obtener? Ten en cuenta que cuando reaccionan lo hacen en la proporción de 1 g de hidrógeno por cada 8 g de oxígeno.
Actividad 8.6 La descomposición del clorato de potasio
Ya has visto cómo se descompone el clorato de potasio al calentarlo, produciendo oxígeno. Sabiendo que cuando se descomponen 12,3 g de clorato de potasio (KClO3) se producen 7,5 g de cloruro de potasio (KCl), determina la cantidad de clorato necesaria para obtener 500 g de oxígeno.
Cálculos energéticos
Actividad 8.7 El hidrógeno como combustible
Para comparar diferentes combustibles se utiliza el calor desprendido en la combustión de un gramo de sustancia. Los datos para el hidrógeno y para el butano son de 34 y de 12 kcal/g.
a) Escribe y ajusta las reacciones de combustión de ambas sustancias.
b) Justifica cuál es el mejor combustible desde el punto de vista energético.
c) Ya sabes que el exceso de emisiones del dióxido de carbono produce un aumento del efecto invernadero, que es la principal causa del cambio climático que se está dejando notar apreciablemente en los últimos años. ¿Qué opinas de estos dos combustibles desde este punto de vista?
d) ¿Qué aplicación del uso del hidrógeno como combustible es la que se está desarrollando con más intensidad hoy en día?
e) Busca en la web los principales inconvenientes del uso del hidrógeno como combustible.
Actividad 8.8 ¿Cuál es mejor combustible?
Los tres combustibles domésticos mas utilizados son el gas ciudad (sobre 95% de metano), el propano y el butano. Con los datos de la siguiente tabla, decide cuál es más adecuado.
a) Desde el punto de vista energético.
b) Teniendo en cuenta la cantidad de dióxido de carbono que se produce.
c) El coste del combustible es importante a la hora de tomar una decisión. En octubre de 2022 el precio del gas natural es de 60,7 € por cada 64,7 kg en la tarifa TUR para uso individual doméstico, que es la más barata (el gas natural tiene sobre el 95% de metano y pequeñas cantidades de otros gases, pero vamos a suponer que es solamente metano), la bombona de propano de 11 kg tiene un precio de 17,20 € y la de butano de 12,5 kg cuesta 19,50 €. ¿Cuál de los tres gases recomendarías teniendo en cuenta todos los factores?
