Ejercicios: Reacciones de combustión

En la cocina de gas de la casa de Lucía el butano reacciona con el oxígeno del aire mientras se calienta la cena. Complete el esquema general de una combustión completa con las palabras que faltan: «En toda combustión completa, un $\dots$ reacciona con el $\dots$ del aire y se forman $\dots$ y $\dots$».

Indique cuáles de estas ecuaciones corresponden a una combustión completa y explique por qué:

1. a) $CH_4 + 2\ O_2 \rightarrow CO_2 + 2\ H_2O$
2. b) $2\ H_2O \rightarrow 2\ H_2 + O_2$
3. c) $C + O_2 \rightarrow CO_2$
4. d) $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

El metano ($CH_4$) es un gas que se usa en muchas cocinas. Escriba la ecuación de su combustión completa (los productos son dióxido de carbono y agua) y ajústela.

El propano ($C_3H_8$) es el combustible de muchas estufas portátiles y casas rodantes. Escriba y ajuste la ecuación de su combustión completa.

Al terminar una parrillada, Jorge cubre las brasas con arena y el fuego se apaga. El esquema de la combustión se puede representar así:

Explique, usando el esquema de la combustión, qué «ingrediente» de la reacción falta al cubrir las brasas y por qué el fuego no puede continuar.

En el laboratorio, la llama del mechero Bunsen es azul cuando la entrada de aire está abierta y amarilla y luminosa cuando está cerrada, como se muestra en la figura.

Una de esas dos llamas mancha de hollín los tubos de ensayo. Diga cuál de las dos lo mancha y explique qué tipo de combustión (completa o incompleta) tiene lugar en cada caso.

Cuando un calentador de gas funciona en un cuarto mal ventilado, la combustión del butano se vuelve incompleta. Nombre las dos sustancias que pueden formarse entonces en lugar de dióxido de carbono y explique por qué una de ellas es especialmente peligrosa para las personas que están en el cuarto.

Un compañero ha escrito en su cuaderno la combustión completa del etano ($C_2H_6$) así: $2\ C_2H_6 + 7\ O_2 \rightarrow 4\ CO_2 + 6\ H_2O$. Cuente los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a cada lado de la flecha y compruebe si la ecuación está bien ajustada. Justifique su respuesta.

El butano ($C_4H_{10}$) de los cilindros de gas arde con oxígeno formando dióxido de carbono y agua. Escriba la ecuación y ajústela; le aparecerá un coeficiente fraccionario en el oxígeno que tendrá que eliminar multiplicando toda la ecuación por dos.

Las chimeneas de bioetanol queman etanol ($C_2H_6O$) produciendo dióxido de carbono y agua. Escriba y ajuste la ecuación de su combustión completa. Pista: tenga en cuenta que la propia molécula de etanol ya lleva un átomo de oxígeno.

Un calentador de gas mal ventilado quema metano ($CH_4$) con poco oxígeno y, en lugar de dióxido de carbono, se forma monóxido de carbono ($CO$), además de agua. Escriba y ajuste la ecuación de esa combustión incompleta del metano.

La ecuación balanceada de la combustión del propano es $C_3H_8 + 5\ O_2 \rightarrow 3\ CO_2 + 4\ H_2O$.

1. a) ¿Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para quemar una molécula de propano?
2. b) ¿Cuántos moles de oxígeno se necesitan para quemar $0.4\ \text{mol}$ de propano?
3. c) ¿Cuántos moles de dióxido de carbono se formarán en ese caso?

El carbón de una parrillada es casi carbono puro y su combustión completa es $C + O_2 \rightarrow CO_2$.

1. a) ¿Cuántos moles de dióxido de carbono se forman al quemar $3\ \text{mol}$ de carbono?
2. b) Las masas molares del carbono y del dióxido de carbono son $12\ \text{g/mol}$ y $44\ \text{g/mol}$, respectivamente. Calcule cuántos gramos de $CO_2$ se emiten al quemar $36\ \text{g}$ de carbón.

El hollín que se acumula en las chimeneas es carbono que no ha llegado a arder del todo.

1. a) Escriba la ecuación balanceada de la combustión completa del carbono, que forma dióxido de carbono.
2. b) Escriba la ecuación balanceada de su combustión incompleta cuando se forma monóxido de carbono.
3. c) Compare el oxígeno que consume cada una por cada $2$ átomos de carbono y explique por qué el hollín y el $CO$ aparecen cuando el aire escasea.

Cuando usted corre, sus músculos «queman» glucosa ($C_6H_{12}O_6$) con el oxígeno que respira, y se forman dióxido de carbono y agua. Es la respiración celular, una combustión lenta dentro de sus células. Escriba y ajuste la ecuación de esa reacción.

Un cilindro de gas de camping contiene $5.8\ \text{kg}$ de butano ($C_4H_{10}$, masa molar $58\ \text{g/mol}$) y su combustión completa es $2\ C_4H_{10} + 13\ O_2 \rightarrow 8\ CO_2 + 10\ H_2O$.

1. a) Calcule los moles de butano que contiene el cilindro.
2. b) Calcule los moles de $CO_2$ que se emitirán al quemarlo entero.
3. c) Con la masa molar del $CO_2$, $44\ \text{g/mol}$, calcule los kilogramos de $CO_2$ emitidos y comente por qué esas emisiones preocupan aunque la combustión sea completa.

El metano puede arder de dos maneras según el oxígeno disponible.

1. a) Escriba las ecuaciones ajustadas de su combustión completa (productos $CO_2$ y $H_2O$) y de su combustión incompleta cuando se forma monóxido de carbono ($CO$) y agua.
2. b) Calcule cuántos moles de $O_2$ consume cada una por cada $2\ \text{mol}$ de metano.
3. c) Usando esos números, explique por qué una cocina de gas encendida mucho rato en una habitación pequeña y sin ventilar puede acabar produciendo monóxido de carbono.

Una chimenea de bioetanol quema $92\ \text{g}$ de etanol ($C_2H_6O$, masa molar $46\ \text{g/mol}$) en una velada.

1. a) Escriba y ajuste la ecuación de su combustión completa.
2. b) Calcule los moles de etanol quemados y los moles de oxígeno consumidos.
3. c) Con la masa molar del $O_2$, $32\ \text{g/mol}$, calcule la masa de oxígeno que se ha consumido en la sala y comente por qué el fabricante recomienda ventilar la habitación.