Química

Reacciones químicas

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REACCIONES QUÍMICAS. BALANCEO DE ECUACIONES

- ESTEQUIOMETRÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

Es la parte de la química que se ocupa del cálculo de las cantidades de sustancia que intervienen en una reacción química.

Definición: REACCIÓN QUÍMICA

Proceso en el que cambia la naturaleza de una o varias sustancias (reactivos), transformándose en otras nuevas (productos). Esto supone un reordenamiento de los átomos, mediante la ruptura de unos enlaces y la formación de otros nuevos.

Una reacción química se representa mediante una ecuación química: En el primer miembro aparecen las fórmulas de las sustancias que reaccionan (reactivos), y en el segundo miembro aparecen las fórmulas de las sustancias que se forman (productos), separados por una flecha, si la reacción es irreversible o por dos (una para cada sentido), si la reacción es reversible. Además de las fórmulas de las sustancias, deben aparecer los denominados coeficientes estequiométricos, los cuales nos indican la proporción (moles) de las sustancias que intervienen en la reacción (ajuste). En algunos casos es necesario adjuntar el estado de agregación de la materia entre paréntesis (sólido, líquido o gas). La fórmula general será del tipo:

xA+yB zC+tD

donde A y B son los reactivos, C y D los productos formados tras la reacción, y `x, y, z, t' son los coeficientes estequiométricos.

EJEMPLOS:

a) 2Na + Cl2 2NaCl (irreversible)

b) H2CO3 CO2 + H2O (reversible)

c) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) (estados de agregación)

Los números de color azul son los coeficientes estequiométricos.

TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS:

· Si atendemos al resultado global, las podemos clasificar en los siguientes tipos:

a) Reacciones de Síntesis: Dos elementos químicos se combinan para formar un compuesto: A+B AB

EJEMPLOS:

i) N2 + 3H2 2NH3

ii) 2Ca + O2 2CaO

iii) 2Mg + O2 2MgO

b) Reacciones de Descomposición: Una sustancia se descompone en otras más simples: AB Q A+B (suele ser mediante calor Q)

EJEMPLOS:

i) Los carbonatos metálicos, se descomponen con mayor o menor facilidad mediante calor, formándose el óxido metálico y CO2:

MgCO3 Q MgO + CO2

ii) También se descomponen mediante calor muchos hidróxidos, originando el óxido y H2O:

Ca(OH)2 Q CaO + H2O

iii) La descomposición de los cloratos origina el cloruro (sal binaria) y oxígeno:

2KClO3 Q 2KCl + 3O2

iv) Algunos óxidos de metales pesados se descomponen mediante el calor, formándose O2 y el metal correspondiente:

2HgO Q 2Hg + O2

c) Reacciones de Adición: Un elemento o un compuesto se adiciona a un compuesto para formar otro compuesto químicos se combinan para formar un compuesto: AB+C D o AB+CD E (similar a las de síntesis)

EJEMPLOS:

i) CH2=CH2 + Br2 CH2Br-CH2Br

ii) 2CO + O2 2CO2

iii) SO3 + H2O H2SO4

d) Reacciones de Sustitución: Un átomo sustituye a otro AB+X AX+B

EJEMPLOS:

Un metal activo desplaza al H2 de los ácidos:

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Mg + H2SO4 MgSO4 + H2

ii) Un metal puede verse desplazado de sus sales por otro metal más activo:

Zn + CuSO4 Cu + ZnSO4

e) Reacciones de Doble Sustitución: Más de un átomo sustituyen a otros AB+XY AY+XB

EJEMPLOS:

i) Se suele dar en reacciones con disoluciones, entre sustancias formadas cada una por dos iones diferentes:

NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3

HCl + NaOH NaCl + H2O

f) Reacciones de Combustión: Combustión de hidrocarburos con O2

Hidrocarburo+Oxígeno CO2+H2O

EJEMPLOS:

i) 2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O

ii) C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

g) Reacciones de Neutralización: Consisten en la neutralización de un ácido o una base, mediante la utilización de una base o un ácido, respectivamente: Ácido+Base Sal+H2O

EJEMPLOS:

i) HCl + NaOH NaCl + H2O

ii) H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O

· Si atendemos a razones energéticas, las podemos clasificar en dos tipos:

a) Reacciones con desprendimiento de calor o reacciones exotérmicas:

EJEMPLOS:

i) 2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O + energía (calor)

ii) 2Mg + O2 2MgO + energía (calor)

iii) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 + energía (calor)

b) Reacciones con absorción de calor o reacciones endotérmicas:

EJEMPLOS:

i) CaCO3 + calor CaO + CO2

ii) Cu + H2SO4 + Calor CuSO4 + H2

- AJUSTE DE REACCIONES:

· Método por tanteo:

Las transformaciones que ocurren en una reacción química se rigen por la Ley de la conservación de la masa: Los átomos no se crean ni se destruyen durante una reacción química. Entonces, el mismo conjunto de átomos está presente antes, durante y después de la reacción. Los cambios que ocurren en una reacción química simplemente consisten en una reordenación de los átomos.

Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está balanceada o ajustada. EJEMPLO:

2H2	+	O2		2H2O
Reactivos				Productos
4H	y	2O	=	4H + 2O

Pasos que son necesarios para escribir una reacción ajustada:

1) Se determina cuales son los reactivos y los productos.

2) Se escribe una ecuación no ajustada usando las fórmulas de los reactivos y de los productos.

3) Se ajusta la reacción determinando los coeficientes que nos dan números iguales de cada tipo de átomo en cada lado de la flecha de reacción, generalmente números enteros.

EJEMPLO 1: Consideremos la reacción de combustión del metano gaseoso

(CH4) en aire.

Paso 1:

Sabemos que en esta reacción se consume (O2) y se produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Luego:

los reactivos son CH4 y O2

los productos son H2O y CO2

Paso 2:

La ecuación química sin ajustar será:

CH4 + O2 H2O + CO2

Paso 3:

Ahora contamos los átomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos:

REACTIVOS		PRODUCTOS
CH4 + O2		H2O + CO2

átomos de C: 1 = átomos de C: 1

átomos de H: 4 " átomos de H: 2

átomos de O: 2 " átomos de O: 3

REACTIVOS		PRODUCTOS
CH4 + O2		2H2O + CO2

átomos de C: 1 = átomos de C: 1

átomos de H: 4 = átomos de H: 4

átomos de O: 2 " átomos de O: 4

REACTIVOS		PRODUCTOS
CH4 + 2O2		2H2O + CO2

átomos de C: 1 = átomos de C: 1

átomos de H: 4 = átomos de H: 4

átomos de O: 4 = átomos de O: 4

Entonces:

una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para producir dos moléculas de agua y una molécula de dióxido de carbono.

EJEMPLO 2:

HCl + Ca CaCl2 + H2

H: 1 H: 2 (sin ajustar)

Cl: 1 Cl: 2 (sin ajustar)

Ca: 1 Ca: 1 (ajustada)

2HCl + Ca CaCl2 + H2

H: 2 H: 2 (ajustada)

Cl: 2 Cl: 2 (ajustada)

Ca: 1 Ca: 1 (ajustada)

Con lo que la ecuación queda balanceada.

EJEMPLO 3:

C2H6 + O2 CO2 + H2O

H: 6 H: 2 (sin ajustar)

C: 2 C: 1 (sin ajustar)

O: 2 O: 3 (sin ajustar)

Ajustamos primero la molécula mayor:

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O

H: 6 H: 6 (ajustada)

C: 2 C: 2 (ajustada)

O: 2 O: 7 (sin ajustar)

Ahora ajustamos el O:

C2H6 + 7/2O2 2CO2 + 3H2O

H: 6 H: 2 (sin ajustar)

C: 2 C: 1 (sin ajustar)

O: 7 O: 7 (sin ajustar)

Multiplicamos por dos:

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

Con lo que la ecuación queda balanceada.

NOTA: Cuando se ha ajustado una ecuación, los coeficientes representan el número de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos.

'Reacciones químicas'
En esta reacción, 2 moléculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moléculas de O2 para dar 2 moléculas de MnO2 y 5 moléculas de CO2. Esos mismos coeficientes también representan el número de moles en la reacción.

(RESOLVER LOS EJERCICIOS PROPUESTOS)

EJERCICIOS PROPUESTOS. AJUSTE DE REACCIONES

1) Verificar si es correcto el ajuste:

'Reacciones químicas'

2) Ajustar la siguiente ecuación. ¿Cuál es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos?

3) Ajustar la siguiente ecuación y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos.

4) La dimetil hidracina, (CH3)2NNH2, se usó como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar, con N2O4 como oxidante. Considerar la siguiente reacción sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos.

5) ¿Qué frase es falsa en relación con la siguiente reacción ajustada?
Datos: Pesos Atómicos: C = 12, H = 1, O = 16

a) La reacción de 16 gramos de CH4 da 2 moles de agua.
b) La reacción de 16 gramos de CH4 da 36 g de agua.
c) La reacción de 32 gramos de O2 da 44 gramos de CO2.
d) Una molécula de CH4 requiere 2 moléculas de oxígeno.
e) Un mol de CH4 da 44 gramos de CO2.

6) Balancea la siguiente ecuación:

"a" Mg3N2 + "b" H2O
"c" Mg(OH)2 + "d" NH3

___ a=1; b=2; c=1; d=1

____ a=1; b=6; c=3; d=2

____ a=1; b=6; c=3; d=1

____ a=1; b=3; c=3; d=2

7) Balancea la siguiente ecuación e indica si se trata de una reacción de combustión, de sustitución o de descomposición.

"a" H2O2 + "b" SO2
"c" H2SO4

____ a=1; b=1; c=1; reacción de descomposición

____ a=1; b=1; c=1; reacción de combinación

____ a=2; b=1; c=1; reacción de descomposición

____ a=2; b=1; c=1; reacción de combinación

8) Escribe la ecuación balanceada de la reacción que se produce cuando se calienta nitrato de potasio sólido y éste se descompone para formar nitrito de potasio sólido y oxígeno gaseoso.

____ 2KNO4(s)
2KNO3(s)+ O2

____ 2KNO3(s)
2KNO2(s)+ O2

____ 2KNO3
2KNO2 + O

____ KNO3(s)
KNO2(s) + (1/2)O2

9) Balancea la siguiente ecuación:

"a" Al + "b" Cr2O3
"c" Al2O3 + "d" Cr

____ a=2; b=1; c=1; d=2

____ a=2; b=1; c=1; d=1

____ a=4; b=2; c=2; d=4

____ a=1; b=1; c=1; d=2

10) Balancea la siguiente ecuación e indique si se trata de una reacción de combustión, de síntesis o de descomposición:

"a" Li + "b" N2
"c" Li3N

____ a=6; b=1; c=2; reacción de descomposición

____ a=6; b=1; c=2; reacción síntesis

____ a=1; b=1; c=3; reacción de descomposición

____ a=6; b=1; c=2; reacción de síntesis

SOLUCIONES EJERCICIOS. AJUSTE DE REACCIONES

1) El ajuste es correcto.

2) Ajustar la siguiente ecuación. ¿Cuál es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos?

RESOLUCIÓN

1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuación. Suele ser más fácil si se toma una sustancia compleja, en este caso Mg3B2, y ajustar todos los elementos a la vez. Hay 3 átomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha, luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los átomos de Mg.

2) Ahora se hace lo mismo para el B, hay 2 átomos de B a la izquierda y 2 a la derecha, luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los átomos de B.

3) Ajustar el O, debido a los coeficientes que acabamos de poner, hay 6 átomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 átomos de O a la derecha. Por tanto, el coeficiente para el H2O a la izquierda será 6 para ajustar la ecuación.

4) En este caso, el número de átomos de H resulta calculado en este primer intento. En otros casos, puede ser necesario volver al primer paso para encontrar otro coeficiente.

Por tanto, la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es:

1 + 6 + 3 + 1 = 11

3) Ajustar la siguiente ecuación y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos.

RESOLUCIÓN

1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuación. Se hace frecuentemente más fácil si se elige una sustancia compleja, en este caso C8H8O2, asumiendo que tiene de coeficiente 1, y se ajustan todos los elementos a la vez. Hay 8 átomos de C a la izquierda, luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha, para ajustar el C.

2) Ahora se hace lo mismo para el H. Hay 8 átomos de H a la izquierda, luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha, para ajustar el H.

3) El último elemento que tenemos que ajustar es el O. Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuación, hay 16 átomos de O en el CO2 y 4 átomos de O en el H2O, dando un total de 20 átomos de O a la derecha (productos). Por tanto, podemos ajustar la ecuación poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuación.

4) Recordar siempre contar el número y tipo de átomos a cada lado de la ecuación, para evitar cualquier error. En este caso, hay el mismo número de átomos de C, H, y O en los reactivos y en los productos: 8 C, 8 H, y 20 O.

5) Como la cuestión pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos, la respuesta correcta es:1 + 9 = 10

RESOLUCIÓN

1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuación. Esto es con frecuencia más sencillo si se empieza con una sustancia compleja, en este caso (CH3)2NNH2, asumiendo que tiene 1 como coeficiente, y se van ajustando los elementos de uno en uno. Hay 2 átomos de C a la izquierda, por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los átomos de C.

2) Ahora, hacer lo mismo para el H. Hay 8 átomos de H a la izquierda, de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los átomos de H.

3) Ajuste del O. Debido a los coeficientes que acabamos de poner, al lado izquierdo de la ecuación hay 4 átomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 átomos de O en el H2O. Por tanto, podemos "ajustar" los átomos de O en la ecuación poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuación.

4) El último elemento que debe ajustarse es el N. Hay 6 átomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho. Por tanto, podemos "ajustar" la ecuación poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho.

Por tanto, la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es:

1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12

5) ¿Qué frase es falsa en relación con la siguiente reacción ajustada?
Datos: Pesos Atómicos: C = 12, H = 1, O = 16

REPUESTAS

a) VERDADERA: Un mol de CH4 da 2 moles de agua. Un mol de CH4 = 16.0 g.

b) VERDADERA: Un mol de CH4 da 2 moles de agua. Un mol de CH4 = 16.0 g, y un mol de agua = 18.0 g.

c) FALSA: 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2. 2 moles de O2 = 64.0 g, pero 1 mol de CO2 = 44.0 g.

d) VERDADERA: Un mol de moléculas de CH4 reacciona con 2 moles de moléculas de oxígeno (O2), de modo que una molécula de CH4 reacciona con 1 molécula de oxígeno.

e) VERDADERA: Un mol de CH4 da 1 mol de CO2. Un mol de CH4 = 16.0 g, y un mol de CO2 = 44.0 g.

6) Balancea la siguiente ecuación:

"a" Mg3N2 + "b" H2O
"c" Mg(OH)2 + "d" NH3

___ a=1; b=2; c=1; d=1

__x_ a=1; b=6; c=3; d=2

____ a=1; b=6; c=3; d=1

____ a=1; b=3; c=3; d=2

7) Balancea la siguiente ecuación e indica si se trata de una reacción de combustión, de adición o de descomposición.

"a" H2O2 + "b" SO2
"c" H2SO4

____ a=1; b=1; c=1; reacción de descomposición

__x_ a=1; b=1; c=1; reacción de adición

____ a=2; b=1; c=1; reacción de descomposición

____ a=2; b=1; c=1; reacción de adición

8) Escribe la ecuación balanceada de la reacción que se produce cuando se calienta nitrato de potasio sólido y éste se descompone para formar nitrito de potasio sólido y oxígeno gaseoso.

____ 2KNO4(s)
2KNO3(s)+ O2