Exercicis: L'equació química i la seva igualació

En encendre un fogó de gas de la cuina, el metà ($\text{CH}_4$) reacciona amb l'oxigen de l'aire i es transforma en diòxid de carboni i vapor d'aigua. L'esquema mostra les partícules de cada substància:

Assenyala quins són els reactius i quins els productes d'aquesta reacció.

Completa la frase amb les paraules que falten: «En una equació química, les substàncies que es transformen s'anomenen $\dots$ i s'escriuen a l'$\dots$ de la fletxa; les substàncies noves que es formen s'anomenen $\dots$ i s'escriuen a la $\dots$».

Llegeix amb atenció l'equació $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$ i explica amb les teves paraules què explica: quantes molècules de cada substància reaccionen i quantes molècules es formen.

Què significa el subíndex $2$ a $\text{H}_2$? I el coeficient $2$ que apareix davant a $2\ \text{H}_2\text{O}$? Explica amb les teves paraules la diferència entre subíndex i coeficient.

La Nàdia diu: «En cremar un paper desapareix matèria, perquè les cendres pesen molt menys que el paper original». Té raó? Raona la teva resposta pensant en totes les substàncies que intervenen i es formen, inclosos els gasos.

Per què cal igualar les equacions químiques abans de fer-les servir? Anomena la llei en què es basa la igualació i explica-la amb una frase senzilla sobre el que els passa als àtoms en una reacció.

Compta els àtoms d'hidrogen i d'oxigen que hi ha a cada costat de l'equació $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, representada amb partícules a la figura, i digues, sense canviar-la encara, si està igualada o no. Justifica la teva resposta.

Iguala per tanteig l'equació de formació de l'aigua: $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$. Escriu els coeficients que necessita cada substància.

El gas natural de moltes cases és metà. Iguala per tanteig la seva combustió: $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Indica els coeficients en l'ordre en què apareixen les substàncies.

L'amoníac es fabrica a la indústria a partir de nitrogen i hidrogen i després es fa servir per fer fertilitzants. Iguala l'equació: $\text{N}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{NH}_3$.

El magnesi de les bengales i els focs artificials crema amb una llum blanca molt intensa i es forma òxid de magnesi. Iguala l'equació: $\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{MgO}$.

Quan el ferro s'oxida del tot es forma òxid de ferro(III). Iguala l'equació: $\text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3$. Comprova-ho després comptant els àtoms de cada element a tots dos costats.

Quants àtoms de cada element hi ha en total a $3\ \text{CO}_2$? I a $2\ \text{H}_2\text{O}$? La figura mostra aquestes molècules:

Explica com es compten els àtoms quan una fórmula porta un coeficient al davant.

En un recipient tancat es cremen completament $12\ \text{g}$ de carboni amb $32\ \text{g}$ d'oxigen i es forma diòxid de carboni. L'esquema representa el recipient tancat abans i després de la reacció:

Quina massa de diòxid de carboni s'obté? En quina llei et bases per afirmar-ho sense necessitat de pesar-ho?

L'equació igualada de la combustió del metà és $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Si es cremen $5$ molècules de metà:

1. a) Quantes molècules d'oxigen es consumeixen?
2. b) Quantes molècules de diòxid de carboni i quantes d'aigua es formen?

Per «igualar» l'equació $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, un alumne canvia el producte i escriu $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$. Explica per què aquest truc està prohibit: quina substància és en realitat el $\text{H}_2\text{O}_2$ i què significa canviar un subíndex en una fórmula.

El butà de les bombones de gas, $\text{C}_4\text{H}_{10}$, crema amb l'oxigen de l'aire i forma diòxid de carboni i aigua.

1. a) Iguala l'equació: $\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
2. b) Comprova, comptant els àtoms de carboni, hidrogen i oxigen a tots dos costats, que la teva igualació compleix la conservació dels àtoms.

En un recipient tancat, $10\ \text{g}$ d'una substància A reaccionen completament amb $5\ \text{g}$ d'una substància B i s'obtenen $12\ \text{g}$ d'una substància C juntament amb una certa massa d'una substància D. L'esquema resumeix les masses conegudes:

1. a) Quina massa de D s'ha format?
2. b) Justifica el càlcul enunciant la llei que has aplicat.

Col·loquem una espelma encesa sobre una balança de precisió en dues situacions:

1. a) A l'aire lliure: la balança marca cada vegada menys a mesura que l'espelma es consumeix.
2. b) Dins d'una campana de vidre hermètica: la marca gairebé no canvia.

La figura mostra els dos muntatges:

Explica els dos resultats fent servir la llei de conservació de la massa i raona si en algun dels casos «desapareix» matèria de debò.

L'aigua oxigenada de la farmaciola, $\text{H}_2\text{O}_2$, es descompon a poc a poc en aigua i oxigen.

1. a) Iguala l'equació: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
2. b) El flascó d'aigua oxigenada indica que cal guardar-lo ben tancat i en un lloc fresc i fosc. Relaciona aquestes instruccions amb la reacció anterior i explica què passaria si no se seguissin.

La fina capa que protegeix de la corrosió les peces d'alumini d'un avió es forma quan el metall reacciona amb l'oxigen de l'aire.

1. a) Iguala l'equació: $\text{Al} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3$.
2. b) Explica per què, en igualar per tanteig, convé començar per un element que apareix en una sola substància a cada costat de la fletxa.

L'equació igualada de la formació de l'aigua és $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Algú proposa dividir tots els coeficients entre dos i escriure $\text{H}_2 + \frac{1}{2}\ \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Es compliria encara la conservació dels àtoms?
2. b) Quin problema hi ha a parlar de «mitja molècula» d'oxigen?
3. c) Justifica per què, per conveni, els coeficients d'una equació igualada són nombres enters i els més senzills possibles.

Explica, fent servir el model de partícules, què passa exactament amb els àtoms en una reacció química: què els passa als àtoms dels reactius, per què el seu nombre total no canvia i en què es diferencia una reacció química de simplement barrejar substàncies. Il·lustra la teva explicació amb la reacció de l'hidrogen amb l'oxigen per formar aigua, representada amb partícules a la figura:

Alguns coets fan servir hidrogen com a combustible, que crema amb oxigen i forma vapor d'aigua.

1. a) Escriu l'equació de la reacció i iguala-la.
2. b) Si en un assaig a terra es cremen $100$ molècules d'hidrogen, quantes molècules d'oxigen es consumeixen i quantes d'aigua es formen?
3. c) Quants àtoms d'hidrogen hi ha en total abans de la reacció? I després? Relaciona la teva resposta amb la llei de conservació.