Capítulo 4: Clases principales de reacciones químicas

4.1 La función del agua como disolvente

4.2 Reacciones de precipitación y reacciones ácido-base

4.3 Reacciones de óxido-reducción (redox)

4.4 Conteo de reactivos y productos en proceso de precipitación, ácido-base y redox

4.5 Reacciones reversibles, una introducción al equilibrio químico

La función del agua como disolvente: Solubilidad de compuestos iónicos

Conductividad eléctrica – El flujo de corriente eléctrica en una solución es una medida de la solubilidad de compuestos iónicos o una medida de la presencia de iones en una solución.

Electrolito – Es una sustancia que conduce la corriente cuando se disuelve en agua. Los compuestos iónicos solubles se disocian completamente y pueden conducir una gran corriente por lo que se denominan electrolitos fuertes.

NaCl(s) + H2O(l) Na+(ac) + Cl -

(ac)

Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua cada ión se solvata, rodéandose de moléculas de disolvente. Estos iones se denominan “acuosos”, se mueven libremente a través de la solución, y conducen la electricidad, o ayudan a los electrones a moverse a través de la solución.

A El agua destilada no conduce corriente eléctrica

B Los iones positivos y negativos fijos en un sólido no conducen corriente eléctrica

C En solución, los iones positivos y negativos se mueven y conducen corriente eléctrica

Hacia el electrodo (+)

Hacia el electrodo (-)

La conductividad eléctrica de soluciones iónicas

Fig. 4.1

Determinación de moles de iones en soluciones acuosas de compuestos iónicos I

Problema: ¿Cuántos moles de cada ion hay en las siguientes soluciones?

a) 4.0 moles de carbonato de sodio disueltos en agua b) 46.5 g de fluoruro de rubidio disueltos en agua c) 5.14 x 1021 unidades fórmula de cloruro de hierro(III) disueltas en

agua d) 75.0 ml de bromuro de escandio 0.56M disueltos en agua e) 7.8 moles de sulfato de amonio disueltos en agua

a) Na2CO3 (s) 2 Na+(ac) + CO3

-2(ac)

moles de Na+ = 4.0 moles Na2CO3 x

= 8.0 moles Na+ y 4.0 moles de CO3-2 también están presentes

H2O

2 moles Na+

1 mol Na2CO3

b) RbF(s) Rb+(ac) + F -

(ac) H2O

moles de RbF = 46.5 g RbF x = 0.445 moles RbF 1 mol RbF 104.47 g RbF

entonces están presentes 0.445 moles de Rb+ y 0.445 moles de F –

c) FeCl3 (s) Fe+3(ac) + 3 Cl -

(ac)

H2O

moles de FeCl3 = 9.32 x 1021 unidades fórmula 1 mol de FeCl3

6.022 x 1023 unidades fórmula FeCl3

x= 0.0155 moles de FeCl3

moles de Cl - = 0.0155 mol FeCl3 x = 0.0465 moles de Cl - 3 mol Cl -

1 mol FeCl3

y 0.0155 moles de Fe+3 también están presentes.

Determinación de moles de iones en soluciones acuosas de compuestos iónicos

II

d) ScBr3 (s) Sc+3(ac) + 3 Br -

(ac)

H2O

Conversión de volumen a moles :

Moles de ScBr3 = 75.0 ml x x = 0.042 mol ScBr3 1 L103 ml

0.56 mol ScBr3

1 LMoles de Br - = 0.042 mol ScBr3 x = 0.126 moles de Br - 3 mol Br -

1 mol ScBr3

y 0.042 moles de Sc+3 también están presentes

e) (NH4)2SO4 (s) 2 NH4+

(ac) + SO4- 2

(ac)

H2O

Moles de NH4+ = 7.8 moles (NH4)2SO4 x = 15.6 mol NH4

+ 2 mol NH4+

1 mol(NH4)2SO4

y 7.8 moles de SO4- 2 también están presentes.

Determinación de moles de iones en soluciones acuosas de compuestos iónicos III

Fig. 4.2

Distribución de electrones en moléculas de H2 y H2O

Fig. 4.3

La disolución de un compuesto iónico

La solubilidad de compuestos iónicos en agua

La solubilidad de compuestos iónicos en el agua depende de las magnitudes relativas de las fuerzas electrostáticas entre los iones en el compuesto iónico y las fuerzas de atracción entre los iones y las moléculas de agua en el disolvente. Existe un enorme rango en la solubilidad de compuestos iónicos en el agua. La solubilidad de los denominados compuestos “insolubles” puede ser de varios órdenes de magnitud menores a la de aquellos llamados “solubles” en agua, por ejemplo:

Solubilidad de NaCl en agua a 20oC = 365 g/LSolubilidad de MgCl2 en agua a 20oC = 542.5 g/LSolubilidad de AlCl3 en agua a 20oC = 699 g/LSolubilidad de PbCl2 en agua a 20oC = 9.9 g/LSolubilidad de AgCl en agua a 20oC = 0.009 g/LSolubilidad de CuCl en agua a 20oC = 0.0062 g/L

Los compuestos covalentes que son muy solubles en agua son aquellos que incluyen el grupo -OH y los llamados “polares” que pueden tener fuertes interacciones polares(electrostáticas) con el agua. Algunos ejemplos de estos compuestos son el azúcar de mesa, sacarosa (C12H22O11); bebidas alcohólicas, etanol (C2H5-OH); y el etileno glicol (C2H6O2) en el anticongelante de automóviles.

CH

H

H

O H Metanol = Metil alcohol

Otros compuestos covalentes que no contienen un centro polar, ni el grupo -OH se consideran “no polares”, éstos tienen muy pocas o ninguna interacción con las moléculas de agua. Como ejemplos están los hidrocarburos en la gasolina y el aceite que provocan los problemas obvios en los derrames petroleros, donde el petróleo no se mezcla con el agua y forma una capa en su superficie.

Octano = C8H18 y / o Benceno = C6H6

La solubilidad de compuestos covalentes en agua

Ácidos –Grupo de moléculas covalentes que pierden iones de hidrógeno en moléculas de agua en una

solución

HI(g) + H2O(L) H+(ac) + I -

(ac)

Cuando un yoruro de hidrógeno gaseoso se disuelve en agua, la atracción del átomo de hidrógeno de la molécula del agua del átomo de hidrógeno enHI es mayor que la atracción del ion de yodo para el átomo de hidrógeno y se pierde en la molécula de agua para formar un ion hidronio y un yoruro en solución. El átomo de hidrógeno en una solución se puede expresar como H+

(ac) or as H3O+(ac). La presencia de un átomo de

hidrógeno que se pierde fácilmente en una solución es un “ácido”y se llama la solución “ácida”. El agua (H2O) también podria escribirse sobre la flecha para indicar que el solvente era agua en que el HI se disolvió.

HI(g) + H2O(L) H3O+(ac) + I -

(ac)

HI(g) H+(ac) + I -

(ac)H2O

Fig. 4.4

El protón hidratado

Ácidos fuertes y la molaridad de iones H+ en soluciones acuosas de ácidos

Problema: En soluciones acuosas, cada molécula de ácido sulfúrico perderá dos protones para producir dos iones de hidronio y un ion de sulfato. ¿Cuál es la molaridad y los iones de sulfato e hidronio en una solución preparada al disolver 155g de ácido sulfúrico concentrado en agua suficiente para producir 2.30 litros de solución ácida?Plan: Determinar el número de moles de ácido sulfúrico, dividir los moles entre el volumen para obtener la molaridad de los iones del sulfato y el ácido. La concentración de los iones de hidronio será de dos veces la molaridad del ácido.Solución: Dos moles de H+ se liberan por cada mol de ácido:

H2SO4 (l) + 2 H2O(l) 2 H3O+(ac) + SO4

- 2(ac)

Molaridad de H+ = 2 x 0.687 mol H+ / 2.30 litros = 0.597 Molar en H+

Moles H2SO4 = = 1.58 moles H2SO4155 g H2SO41 mol H2SO4

98.09 g H2SO4

x

1.58 mol SO4-2

2.30 l soluciónMolaridad de SO4

- 2 = = 0.687 Molar en SO4- 2

Fig. 4.5

La reacción de Pb(NO3)2

y Nal

Reacciones de precipitación: Se forma un producto sólido

Cuando se mezclan dos soluciones acuosas, existe la posibilidad de que se forme un compuesto insoluble. Observemos algunos ejemplos para ver qué sucede al juntar dos soluciones diferentes.

Pb(NO3) (ac) + NaI(ac) Pb+2(ac) + 2 NO3

-(ac) + Na+

(ac) + I-(ac)

Cuando se juntan estas dos soluciones, los iones se pueden combinar en la manera en que entraron a la solución o pueden intercambiar su constitución. En este caso se puede tener nitrato de plomo y yoduro de sodio o yoduro de plomo y nitrado de sodio. Para determinar qué sucederá debemos observar la tabla de solubilidad (p.143) para determinar lo que se forma. La tabla indica que el yoduro de plomo será insoluble, así que se formará un precipitado.

Pb(NO3)2 (ac) + 2 NaI(ac) PbI2 (s) + 2 NaNO3 (ac)

Reacciones de precipitación: ¿Se formará un precipitado?

Si a una solución que contiene cloruro de potacio se le agrega una solución que contiene nitrato de amonio, ¿obtendremos un precipitado?

KCl(ac) + NH4NO3 (ac) = K+(ac) + Cl-

(ac) + NH4+

(ac) + NO3-(ac)

Al intercambiar cationes y aniones vemos que podríamos tener cloruro de potacio y nitrato de amonio, o nitrato de potacio y cloruro de amonio. La tabla de solubilidad muestra que todos los productos posibles son solubles, así que no existe reacción neta.

KCl(ac) + NH4NO3 (ac) =¡No hay reacción!

Si se mezcla una solución de sulfato de sodio con una solución de nitrato de bario, ¿obtendremos un precipitado? En la tabla de solubilidad se muestra que el sulfato de bario es insoluble, por lo tanto, se obtendrá un precipitado.

Na2SO4 (ac) + Ba(NO3)2 (ac) BaSO4 (s) + 2 NaNO3 (ac)

Fig. 4.6

Una reacción de precipitación y sus ecuaciones

Ecuación molecular 2AgNO3(ac) + Na2CrO4(ac) Ag2CrO4(s) + 2NaNO3(ac)Nitrato de plata Cromato de sodio Cromato de plata Nitrato de sodio

Ecuación iónica total2Ag+(ac) + 2NO3

_(ac) + 2Na+(ac) + CrO4

2_(ac) Ag2CrO4(s) + 2Na+(ac)

+ 2NO3

_(ac)

Ecuación iónica neta2Ag+(ac) + CrO4

2_(ac) Ag2CrO4(s)

Reglas de solubilidad para compuestos iónicos en agua

Compuestos iónicos solubles Compuestos iónicos insolubles

1) Todos los compuestos del grupo 1A(I) iones (Na+,K+, etc.) y ion amonio (NH4

+) son solubles.2) Todos los nitratos comunes (NO3

-), acetatos (CH3COO-), y la mayoría de los percloratos(ClO4

-) son solubles.3) Todos los cloruros comunes (CI), bromuros(Br -), y yoduros(I-) son solubles, excepto los de Ag+, Pb2+, Cu2+, y Hg2

2+.4) Todos los sulfatos comunes (SO4

2-) son solubles, excepto los de Ca+2, Sr2+, Ba2+, y Pb2+.

1) Todos los hidróxidos metales comunes son insolubles, excepto los del grupo1A (1) y los miembros más grandes del grupo2A(2) (empezando con el Ca2+).2) Todos los carbonatos (CO3

2-) y fosfatos comúnes (PO4

3-) son insolubles, excepto los del grupo1A(1) y NH4

+.3) Todos los sulfuros comunes son insolubles, excepto los del grupo 1A(1), grupo 2A(2), y NH4

+.

Predicción de la ocurrencia de una reacción de precipitación; escritura de ecuaciones:

a) Mezcla de nitrato de calcio y sulfuro de sodio.

Ca(NO3)2 (ac) + Na2SO4 (ac) CaSO4 (s) + NaNO3 (ac)

Ca2+(ac)+2 NO3

-(ac) + 2 Na+

(ac)+ SO4-2

(ac) CaSO4 (s) + 2 Na+(ac+) 2 NO3

-(ac)

Ecuación molecular

Ecuación iónica total

Ecuación iónica neta

Ca2+(ac) + SO-4

(ac) CaSO4 (s)

Los iones espectadores son Na+ y NO3-

b) Mezcla de sulfato de amonio y cloruro de magnesio.

Al intercambiar iones, no se forma ninguna precipitación, por tanto, no ocurrirán reacciones químicas. ¡Todos los iones son espectadores!

Reacción ácido - base Reacciones de neutralización

Un ácido es una sustancia que produce iones H+ (H3O+) cuando se disuelve en agua.Una base es una sustancia que produce iones OH – cuando se disuelve en agua.

Los ácidos y las bases son electrolitos, y su fuerza se categoriza en razón de su grado de disociación en iones en soluciones acuosas para producir iones de hidronio o hidróxido. Los ácidos y las bases fuertes se disocian completamente, y son electrolitos fuertes. Los ácidos y las bases débiles se disocian poco y son electrolitos débiles.

La reacción general entre un ácido y una base es:

HX(ac) + MOH(ac) MX(ac) + H2O(L)

Ácido + Base = Sal + Agua

Fig. 4.7

Comportamiento de los electrolitos fuertes y débiles

A Electrolito fuerte B Electrolito débil

Ácidos y bases selectos

Ácidos Bases

Fuertes FuertesÁcido clorhídrico, HCl Hidróxido de sodio, NaOHÁcido bromhídrico, HBr Hidróxido de potasio, KOHÁcido yodhídrico, HI Hidróxido de calcio, Ca(OH)2

Ácido nítrico, HNO3 Hidróxido de estroncio, Sr(OH)2

Ácido sulfúrico, H2SO4 Hidróxido de bario, Ba(OH)2

Ácido perclórico HClO4

Débiles DébilesÁcido fluorhídrico, HF Amoniaco, NH3

Ácido fosfórico, H3PO4

Ácido acético, CH3COOH (o HC2H3O2)

Tabla 4.2

Escritura de ecuaciones balanceadas para reacciones de neutralización I

Problema: Escriba las reacciones químicas balanceadas (molecular, iónica total, iónica neta) para las siguientes reacciones químicas:

a) Hidróxido de calcio(ac) y ácido yodhídrico(ac) b) Hidróxido de litio(ac) y ácido nítrico(ac) c) Hidróxido de bario(ac) y ácido sulfúrico(ac)Plan: Todos éstos son ácidos y bases fuertes, por lo tanto producirán

agua y las sales correspondientes.Solución:

a) Ca(OH)2 (ac) + 2HI(ac) CaI2 (ac) + 2H2O(l)

Ca2+(ac) + 2 OH -

(ac) + 2 H+(ac) + 2 I -

(ac)

Ca2+

(ac) + 2 I -(ac) + 2 H2O(l)

2 OH -(ac) + 2 H+

(ac) 2 H2O(l)

b) LiOH(ac) + HNO3 (ac) LiNO3 (ac) + H2O(l)

Li+(ac) + OH -

(ac) + H+(ac) + NO3

-(ac)

Li+

(ac) + NO3-(ac) + H2O(l)

OH -(ac) + H+

(ac) H2O(l)

c) Ba(OH)2 (ac) + H2SO4 (ac) BaSO4 (s) + 2 H2O(l)

Ba2+(ac) + 2 OH -

(ac) + 2 H+(ac) + SO4

2-(ac) BaSO4 (s) + 2 H2O(l)

Ba2+(ac) + 2 OH -

(ac) + 2 H+(ac) + SO4

2-(ac) BaSO4 (s) + 2 H2O(l)

Escritura de ecuaciones balanceadas para reacciones de neutralización II

Titulación ácido base

Fig. 4.8

H+(ac) + X_(ac) + M+(ac) + OH

_(ac) H2O(l) + M+(ac) + X

_(ac)

Determinación de la concentración de ácido por una titulación ácido – base)

Volumen (L) de base (diferencia en las lecturas de la bureta)

Cantidad (moles) de base

Cantidad (moles de ácido)

M (mol/L) de ácido

multiplicar por M (mol/L) de base

relación molar

dividir entre el volumen (L) de ácido

Problema: Se realiza una titulación entre hidróxido de sodio e hydrogenphthalate de potasio (KHP) para estandarizar la solución base, colocando 50.00 mg de hydrogenphthalate de potasio en un matraz con unas cuantas gotas de un indicador. Una bureta se llena con la base, y la lectura inicial de la bureta es 0.55 ml; al final de la titulación la lectura de la bureta es 33.87 ml. ¿Cuál es la concentración de la base?Plan: Use la masa molar del KHP (204.2 g/mol) para calcular el número de moles del ácido, de la ecuación balanceada, la reacción es igual molar, entonces sabemos las moles de base , y a partir de las diferencias en las lecturas de la bureta podemos calcular la molaridad de la base.Solución:

HKC8H4O4 (ac) + OH -(ac) KC8H4O4

-(ac) + H2O(ac)

Determinación de la concentración de ácido por una titulación ácido – base

Hydrogenphthalate de Potasio KHC8H4O4

C

O

O K+

C

O

H

O

K+

O

C

O

O

C

O

H+

Determinación de la concentración de base por una titulación ácido - base - II

moles KHP = x = 0.00024486 mol KHP50.00 mg KHP 204.2 g KHP 1 mol KHP

1.00 g1000 mg

Volumen de base = Lectura final en la bureta –Lectura inicial en la bureta = 33.87 ml - 0.55 ml = 33.32 ml de base

Un mol de ácido = un mol de base; por tanto 0.00024486 moles de ácido producirán 0.00024486 moles de base en un volumen de 33.32 ml.

molaridad de base = = 0.07348679 moles por litro0.00024486 moles 0.03332 L

molaridad de base = 0.07349 M

Reacción acuosa ácido- base fuerte en escala atómica

ácido + base Sal + H2OFig. 4.9

ácido fuerteHX(ac)

Mezcla de las soluciones acuosas de

ácido-base fuerte

Iones M+ y X_

permanecen en la solución como iones

espectadores

Cambio químico, transferencia de un H+

del H3O+ al OH

_formando H2O

Evaporación del agua, que

deja la sal sólida

base fuerteMOH(ac)

Cristal de sal

H3O+(ac) + X_(ac)

2H2O(l) + M+(ac) + X_(ac) 2H2O(g) + MX(s)

M+(ac) + OH_(ac)

mezcla

Una reacción ácido-base que forma un producto gaseoso

La reacción de ácido con carbonatos o bicarbonatos producirá gas de dióxido de carbono que se libera de una solución como gas en forma de burbujas.

Fig. 4.10

Ecuación molecularNaHCO3(ac) + CH3COOH(ac) CH3COONa(ac) + CO2(g) + H2O(l)

Ecuación iónica total

Na+(ac) + HCO3

_(ac) + CH3COOH(ac) CH3COO

_ (ac) + Na+(ac) + CO2(g) + H2O(l)

Ecuación iónica neta

HCO3

_(ac) + CH3COOH(ac) CH3COO

_ (ac) + CO2(g) + H2O(l)

Fig. 4.11

Transferencia de electrones

Desplazamiento de electrones

Formación de un compuesto iónico

Sólido iónico

Pares de electrones compartidos igualmente

Pares de electrones compartidos desigualmente

Formación de un compuesto covalente El proceso redox en la

formación de un compuesto

Reglas para asignar el número de oxidación

Reglas generales1) Para un átomo en su forma elemental (Na, O2 Cl2, etc.) N.O.. = 02) Para un ion monoatómico: N.O. = carga del ion3) La suma de los valores N.O. Para los átomos en un compuesto es igual a cero. La suma de los valores de N. O. Para los átomos en un ion poliatómico es igual a la carga del ion.

Reglas para átomos específicos o grupos de la tabla periódica

1) Para el grupo 1A (1): O.N. = +1 en todos los compuestos2) Para el grupo 2A (2): O.N. = +2 en todos los compuestos3) Para el hidrógeno: O.N. = +1 en combinación con no metales O.N. = -1 en combinación con los metales y el boro4) Para el flúor: O.N. = -1 en todos los compuestos5) Para oxígeno: O.N. = -1 en peróxidos O.N. = -2 en todos los otros compuestos (excepto con F )6) Para el grupo 7A (17) O.N. = -1 en combinación con metales, no metales (excepto O),y otros halógenos menores en el grupo.

Números de oxidación mayor y menor de los grupos reactivos principales de elementos

1

+1+1-1

H

no metales

metaloides

metales

F

Cl

Br

I

At

ONCB

1A

+1

2A

+2

2

3

4

5

6

7

Li Be

3A

+3 +4-4+4

4A 5A 6A 7A

+5 +6 +7-3 -2 -1

S

Se

Te

Po

P

As

Sb

Bi

Si

Ge

Sn

Pb

Al

Ga

In

Tl

Na Mg

K Ca

Rb Sr

Cs Ba

RaFr

Per

iod

o

Un resumen de la terminología para reacciones oxidación –reducción (redox)

Fig. 4.13

Transferencia o desplazamiento

de electrones

X pierde electrones

X se oxida

X es el agente reductor

X incrementa el número de oxidación

Y gana electrones

Y es reducido

Y es el agente oxidante

Y decrece en número de oxidación

Rn

Xe

Kr

Ar

NeFONCBBeLi

HeHPeriodo

1

2

3

4

5

6

IA

IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

VIIIAElementos del grupo principal

Na

K

Rb

Cs

Mg

Ca

Sr

Ba

Al

Ga

In

Tl

Si

Ge

Sn

Pb

P

As

Sb

Bi

S

Se

Te

Po

Cl

Br

I

At

+1 -1

+1

+1

+1

+1

+1

+2

+2

+2

+2

+2

+3

+3

+3, +2

+3,+2+1

+3,+1

+4,+2-1,-4

+4,-4

+4,+2-4

+4,+2,-4

+4,+2

-1

+7,+5+3,+1

-1

-1+7,+5+3,+1

-1+7,+5+3,+1

-1+7,+5+3,+1

+2

+6,+4+2

+2

-1,-2

+6,+4+2,-2

+6,+4-2

+6,+4-2

+6,+4+2,-2

+3

+5,+3-3

+5,+3-3

+5,+3-3

Todos de

+5 -3

Metales de transición Posibles estados de oxidación

IIIB IVB VB VIB VIIB IB IIBVIIIB

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

HgAuPtIrOsReWTaHfLa

+3

+3

+3

+4,+3+2

+4,+3

+4,+3

+2

+2

+2,+1

+2,+1

+1

+3,+1

+2

+4,+2

+4,+2

+3,+2+3,+2+7,+6+4,+3

+2+6,+3+2

+5,+4+3+2

+5,+4+2 +4,+3

+4,+3+1

+8,+5+4,+3

+7,+5+4

+6,+5+4,+3

+5,+4+3

+6,+5+4

+7,+5+4

+8,+6+4,+3

+2

Determinación del número de oxidación de un elemento en un compuesto

Problema: Determine el número de oxidación (N.O.) de cada elemento en los siguientes compuestos.

a) cloruro de hierro III b) dióxido de nitrógeno c) ácido sulfúricoPlan: Aplicaremos las reglas de la Tabla 4.3, asegurándonos siempre de

observar los valores de oxidación para que los valores de N.O. en un compuesto sean igual a cero, y en un ion poliatómico resulten la carga del ion.

Solución: a) FeCl3 Este compuesto está constituido de iones monoatómicos. El

N.O. de Cl- es -1, para un total de -3. Por tanto, el Fe es +3. b) NO2 El N.O. de oxígeno es -2 para un total de -4. Puesto que el N.O.

en un compuesto debe ser cero, el N.O. De N es +4. c) H2SO4 El N.O. de H es +1, entonces el grupo SO4

2- debe sumar -2. El N.O. de O es -2 para un total de -8. Entonces el átomo de sulfuro

es de +6.

Reconocimiento de agentes oxidantes y reductores - I

Problema: Identifique el agente oxidante y el reductor en las siguientes reacciones: a) Zn(s) + 2 HCl(ac) ZnCl2 (ac) + H2 (g)

b) S8 (s) + 12 O2 (g) 8 SO3 (g)

c) NiO(s) + CO(g) Ni(s) + CO2 (g)

Plan: Primero asignaremos el número de oxidación (N.O.) a cada átomo (o ion) con base en las reglas de la Tabla 4.3. El reactivo es el agente reductor si contiene un átomo que se oxida (N.O.se incrementa en la reacción). El reactivo es el agente oxidante si contiene un átomo que se reduce (N.O. disminuye).Solución: a) Asignación de los números de oxidación:

Zn(s) + 2 HCl(ac) ZnCl (ac) + H2 (g)

0 +1-1

+2

-10

¡HCl es el agente oxidante, y Zn es el agente reductor!

Reconocimiento de agentes oxidantes y reductores- II

b) Asignación de números de oxidación:

S8 (s) + 12 O2 (g) 8 SO3 (g)

0 0 +6-2

S8 es el agente reductor y O2 es el agente oxidante

c) Asignación de números de oxidación:

S [0] S[+6]

S se oxida

O[0] O[-2]

O se reduce

NiO(s) + CO(g) Ni(s) + CO2 (g)

+2-2

+2-2 0 +4 -2

Ni[+2] Ni[0] Ni se reduce

C[+2] C[+4] C se oxida

CO es el agente reductor y NiO es el agente oxidante

Balanceo de ecuaciones Redox en ácidos acuosos y soluciones base :

ÁCIDO: Se puede agregar H+ ( H3O+ ), o agua ( H2O ) a cualquier lado de la ecuación química.

BASE: Se puede agregar OH-, o agua a cualquier lado de la ecuación química.

H+ + OH - H2O

H+ + H2O H3O+

H+ + OH - H2O

Balanceo de ecuaciones REDOX: El método del número de oxidación

Paso 1) Asigna los números de oxidación a todos los elementos en la ecuación.

Paso 2) A partir de los cambios en los números de oxidación, identifica las especies oxidadas y reducidas.

Paso 3) Cuenta el número de electrones perdidos en la oxidación y ganados en la

reducción a partir de los cambios en los números de oxidación. Dibuja líneas delgadas entre estos átomos para mostrar los cambios de electrones.

Paso 4) Multiplica uno o los dos de estos números por factores apropiados para hacer que los electrones perdidos sean igual a los ganados, y usa estos factores como coeficientes de balanceo.

Paso 5) Completa el balanceo por inspección, agregando los estados de la materia.

Balanceo de ecuaciones REDOX por el método del N.O. - I

___ H2 (g) +___ O2 (g) ___ H2O(g)

0 +1- 1 e-

0 -2+2 e-

Electrones perdidos = electrones ganados; por tanto, multiplica la reacción del hidrógeno por 2, ¡y se obtiene el balanceo!

2 2

Balanceo de ecuaciones REDOX por el método del N.O. - II

Fe+2(ac) + MnO4

-(ac) + H3O+

(ac) Fe+3(ac) + Mn+2

(ac) + H2O(ac)

-1e-+2 +3

+7 +2+5 e-

5 Fe+2(ac) + MnO4

-(ac) +8 H3O+

(ac) 5 Fe+3(ac) + Mn+2

(ac) +12 H2O(ac)

Multiplica Fe+2 & Fe+3 por 5 para corregir los electrones ganados por el manganasio.

5 Fe+2(ac) + MnO4

-(ac) + H3O+

(ac) 5 Fe+3(ac) + Mn+2

(ac) + H2O(ac)

Haz cuatro moléculas de agua de los protones del ácido, y los oxígenos del MnO4

-, esto requerirá de 8 protones, o iones hidronio. Se formará un total de 12 moléculas de agua.

Balanceo REDOX por el método de reacción - media-I

Fe+2(ac) + MnO4

-(ac) Fe+3

(ac) + Mn+2(ac) [solución ácida]

Identifica las reacciones medias de oxidación y reducción

Fe+2(ac) Fe+3

(ac) + e- [reacción media de oxidación]

MnO4-(ac) Mn+2

(ac)

¡agrega H+ a los reactivos y el producto será agua!

MnO4-(ac) + 8H3O+

(ac) +5e- Mn+2(ac) + 12H2O(l)

[reacción media de oxidación]Suma las dos reacciones medias

{ Fe+2(ac) Fe+3

(ac) +e- } x5

MnO4-(ac) + 8H3O+

(ac) +5e- Mn+2(ac) + 12H2O(l)

MnO4-(ac)+ 8H3O+

(ac)+5e- +5Fe+2(ac) 5Fe+3

(ac)+5e- + Mn+2(ac)+ 12H2O(l)

Balanceo REDOX por el método de reacción - media-II

MnO4-(ac) + SO3

2-(ac) MnO2 (s) + SO4

2-(ac) [solución básica]

Oxidación: SO32- SO4

2-(ac) + 2e -

Agrega OH- al lado del reactivo, y agua al lado del producto para obtener oxígeno y hacer un balanceo, puesto que tenemos más oxígeno en el sulfato que en el sulfito. SO3

2-(ac) + 2 OH-

(ac) SO42-

(ac) + H2O(l) + 2e -

Reducción: MnO4-(ac) + 3e - MnO2 (s)

Agrega agua al lado del reactivo y OH- al lado del producto para recoger el oxígeno perdido cuando MnO4

- se dirige a MnO2 y pierde dos átomos de

oxígeno. MnO4

-(ac) + 2 H2O(l)+ 3e - MnO2 (s) + 4 OH-

(ac)

Multiplica la ecuación de la oxidación por 3 para hacer los electrones 6. Multiplica la ecuación de reducción por 2 para que los electrones resulten 6 y agregar los dos.

3 SO3-2

(ac) + 2 MnO4-(ac) + H2O(l) 3 SO4

-2(ac) + 2 MnO2 (s) + 2 OH-

(ac)

Balanceo REDOX por el método de reacción - media-III

MnO4-(ac) + SO3

2-(ac) MnO2 (s) + SO4

2-(ac) [solución ácida]

Oxidación: SO32-

(ac) SO42-

(ac) + 2 e -

Agrega agua al lado del reactivo para proporcionar un oxígeno y agrega dos protones al lado del producto que quedará con dos electrones más. SO3

2-(ac)

+ H2O(l) SO42-

(ac) + 2 H+(ac) + 2 e -

Reducción: MnO4-(ac) + 3 e- MnO2 (s)

Agrega agua al lado del proucto para recoger el oxígeno extra de los componentes de Mn, y agrega hidrógenos al lado del reactivo. MnO4

-(ac) + 3 e- + 4H+ MnO2 (s) + 2 H2O(l)

Multiplica la ecuación de la oxidación por 3 y la ecuación de la reducción por 2 para cancelar electrones, protones y moléculas de agua.

3SO32-

(ac) + 2MnO4-(ac) + 2H+

(ac) 3 SO42-

(ac) + 2MnO2 (s) + H2O(l)

Balanceo de ecuaciones REDOX por el método del N.O. - III

MnO4-(ac) + SO3

2-(ac) MnO2 (s) + SO4

2-(ac)

+7 +4+ 3 e -

+4 +6- 2 e -

Para balancear los electrones, debemos multiplicar el sulfito por 3,y elPermanganato por 2. Después debemos hacer algo para balancear el oxígeno, agregando ácido al lado del reactivo, y agua al lado del producto.

2 MnO4-(ac) + 3 SO3

2-(ac) + H3O+

(ac) 2 MnO2 (s) + 3 SO42-

(ac) + H2O(ac)

( Solución ácida )

2 MnO4-(ac)+ 3 SO3

2-(ac)+2 H3O+

(ac) 2 MnO2 (s) + 3 SO42-

(ac) +3 H2O(ac)

Para el balance final es necesario tomar en cuenta que los protones necesarios para los átomos de oxígeno deben ser balanceados, y puesto que hemos llamado H+ ion - iones hidronio, ¡se formará agua!

Balanceo REDOX por el método de reacción - media-IV

MnO4-(ac) +SO3

2-(ac) MnO2(s) + SO4

2-(ac) [solución básica]

Balancea la ecuación como si fuera un ácido, y luego conviértela a base:

2MnO4-(ac) + 3SO3

2-(ac) + 2H+

(ac) 2MnO2(s) + 3SO42-

(ac) + H2O(l)

Para convertirla a base, agrega dos OH-a cada lado de la ecuación:

2MnO4-(ac) + 3SO3

2-(ac) + 2H+

(ac) 2MnO2(s) + 3SO42-

(ac) + H2O(l)

2MnO4-(ac)+ 3SO3

2-(ac)+2 H2O(l) 2MnO2(s)+ 3SO4

2-(ac)+ H2O(l)+2OH-

(ac)

2MnO4-(ac)+ 3SO3

2-(ac)+2 H2O(l) 2MnO2(s)+ 3SO4

2-(ac)+ H2O(l)+2OH-

(ac)

Del lado del reactivo, el H+ y el OH- se cancelan para dar agua.

¡Cancela el agua de cada lado de la ecuación y terminaste!

2MnO4-(ac) + 3SO3

2-(ac) + H2O(l) 2MnO2(s) + 3SO4

2-(ac) +2OH-

(ac)

Balanceo de ecuaciones REDOX por el método del N.O. - IV

El metal zinc se disuelve en ácido nítrico para dar Zn2+ y el ion amonio del ácido nítrico reducido. ¡Escribe la ecuación química balanceada!

Zn(s) + H+(ac) + NO3

-(ac) Zn2+

(ac) + NH4+

(ac)

Zn(s) + H+(ac) + NO3

-(ac) Zn2+

(ac) + NH4+

(ac)

Método de oxidación - 2 e-

+5 -3+8 e-

Multiplica zinc y Zn2+ por 4, y amonia por unidad. Puesto que no tenemos oxígeno al lado del producto, agrega 3 moléculas de agua al lado del producto, requiriendo10 H+ del lado del reactivo.

4 Zn(s) +10 H+(ac) + NO3

-(ac) 4 Zn2+

(ac) + NH4+

(ac) + 3 H2O(l)

Balanceo REDOX por el método de reacción - media-V

Zn(s) + H3O+(ac) + NO3

-(ac) Zn2+

(ac) + NH4+

(ac)Dado que:

Oxidación: Zn(s) Zn2+ + 2 e-

Reducción: H3O+

(ac) + NO3-(ac) + 8 e - NH4

+(ac) + H2O(l)

Necesitaremos tres aguas para recoger los oxígenos del ion de nitrato, y para los hidrógenos necesitamos tener 10 iones de hidrógeno. Debido a que los iones de hidrógeno vienen como iones hidronio, necesitaremos 10 moléculas más de agua.

10 H3O+(ac) + NO3

-(ac) + 8 e - NH4

+(ac) + 13 H2O(l)

Finalmente, si vamos a agregar las dos ecuaciones, debemos multiplicar el Ox. uno por 4 para poder cancelar los electrones, por lo que la ecuación balanceada es:

10 H3O+(ac) + NO3

-(ac) + 4 Zn(s) 4 Zn+2

(ac) + NH4+

(ac) + 13 H2O(l)

Balanceo REDOX por el método de reacción - media- VI- A

En ácido, el dicromato de potacio reacciona con el etanol (C2H5OH ) para producir la solución verde azulosa deCr+3, reacción usada en “alcoholímetros”.

H3O+(ac) + Cr2O7

2-(ac) + C2H5OH(l) Cr3+

(ac) + CO2 (g) + H2O(l)

Oxidación: C2H5OH(l) CO2 (g)

Necesitamos balancear oxígeno agregando agua del lado del reactivo, y balancear el hidrógeno agregando protones del lado del producto.

C2H5OH(l) + 3 H2O(l) 2 CO2 (g) + 12 H+(ac)

C2H5OH(l) + 15 H2O(l) 2 CO2 (g) + 12 H2O+(ac) + 12 e -

Puesto que deseamos considerar H+ como el ion hidronio - H3O+ , debemos agregar 12 moléculas de agua al lado del reactivo, y convertir el H+ en H3O+.

Balanceo REDOX por el método de reacción - media- VI- B

Reducción: Cr2O72-

(ac) Cr+3(ac)

El dicromato tiene dos átomos de cromo, por tanto el producto necesita tener dos Cr+3, y 3 electrones por átomo. Los átomos de oxígeno del dicromato necesitan recogerse como agua del lado del producto agregando protones del lado del reactivo.

14H+(ac) + Cr2O7

2-(ac) Cr+3

(ac) + 7 H2O(l)

Cada átomo de cromo cambia su oxidación de +6 a +3 al aceptar 6 electrones, así que añadiremos 6 electrones al lado del reactivo.

6e - + 14 H3O+(ac) + Cr2O7

2-(ac) 2 Cr+3

(ac) + 21 H2O(l)

Al reunir las dos ecuaciones se obtiene la ecuación final:

Ox: C2H5OH(l) + 15 H2O(l) 2 CO2 (g) + 12 H3O+(ac) + 12 e -

[6e - + 14 H3O+(ac) + Cr2O7

2-(ac) 2 Cr+3

(ac) + 21 H2O(l)] x 2

C2H5OH(l) + 16 H3O+(ac) + 2 Cr2O7

2-(ac) 2 CO2 (g) + 4 Cr+3

(ac) + 27 H2O(l)

Rd:

Balanceo REDOX por el método de reacción - media- VII - A

La plata es un mineral de extracción para el que se utiliza un ion de cianuro básico. Ag(s) + CN-

(ac) + O2 (g) Ag(CN)2-(ac)

OH-

Oxidación: CN-(ac) + Ag(s) Ag(CN)2

-(ac)

Puesto que se necesitan dos iones de cianuro para formar el compuesto, agrega dos de ellos del lado del reactivo e la ecuación. La plata también se oxida, por lo que pierde un electrón, por tanto, agrega un electrón del lado del producto.

2 CN-(ac) + Ag(s) Ag(CN)2

-(ac) + e -

Reducción: O2 (g) + H2O(ac) OH-(l)

Puesto que el oxígeno sirve para formar iones de óxido, es necesario añadir 4 electrones del lado del reactivo, y se necesitan 2 moléculas de agua para proveer a los hidrógenos para formar iones hidróxidos, y así producir iones 4 OH-.

4 e - + O2 (g) + 2 H2O(ac) 4 OH-(l)

Balanceo REDOX por el método de reacción - media- VII - B

Para agregar la ecuación de la reducción a la ecuación de la oxidación es necesario que la oxidación 1 se multiplique por cuatro para eliminar los electrones.Ox (x4) 8CN-

(ac) + 4 Ag(s) 4 Ag(CN)2-(ac) + 4 e -

Rd 4 e - + O2 (g) + 2 H2O(l) 4 OH -(ac)

8 CN -(ac) + 4 Ag(s) + O2 (g) + 2 H2O(l) 4 Ag(CN)2

-(ac) + 4 OH -

(ac)

Balanceo de ecuaciones REDOX por el método del N.O. - V

Ag(s) + CN -(ac) + O2 (g) Ag(CN)2

-(ac) + OH -

(ac)

0 +1-1 e -

0 - 2+ 2 e -

Para balancear los electrones debemos poner 4 frente a Ag, debido a que cada oxígeno pierde dos electrones, y son dos a la vez. Eso requiere de que pongamos 4 frente al compuesto de plata, produciendo 4 iones de cianuro.

4 Ag(s) + 8 CN -(ac) + O2 (g) 4 Ag(CN)2

-(ac) + OH -

(ac)

No tenemos hidrógeno del lado del reactivo, por lo que debemos agregar agua para que funcione como éste, y como también agregamos oxígeno, debemos añadir dos moléculas de agua, lo que nos dará 4 aniones de hidróxido y una ecuación química balanceada.

4 Ag(s) + 8 CN -(ac) + O2 (g) + 2 H2O(l) 4 Ag(CN)2

-(ac) + 4 OH -

(ac)

Fig. 4.14

Titulación redox

Ecuación iónica neta:

2MnO4

_(ac) + 5C2O4

2_(ac) + 16H+(ac) 2Mn2

+(ac) + 10CO2(g) + 8H2O(l)

Titulaciones redox – Guía de cálculo - I

Volumen (L) de Solución KMnO4

Moles de KMnO4

M (mol/L)

Relación molar

Fórmulas químicas

Moles de CaC2O4

Problema: Se precipitó oxalato de calcio a partir de sangre, mediante la adición de oxalato de sodio de forma que el ión de calcio pueda ser determinado en la muestra de sangre. La solución de ácido sulfúrico en la que se disolvió el precipitado requirió 2.05 ml de 4.88 x 10-4 M KMnO4 para alcanzar el punto final.a) calcule la cantidad (mol) de Ca+2.b) Calcule la concentr. iónica de Ca+2

Plan: a) Calcule la molaridad delCa+2 en la solución de H2SO4.b) Convierta la concentración de Ca+2 en unidades de mg Ca+2/ 100 ml de sangre.

Moles de Ca+2

a)

b)

c)

Cálculo de titulación redox - IEcuación:2 KMnO4 (ac) + 5 CaC2O4 (ac) + 8 H2SO4 (ac) 2 MnSO4 (ac) + K2SO4 (ac) + 5 CaSO4 (ac) + 10 CO2 (g) + 8 H2O(L)

a) Moles de KMnO4

mol = vol x molaridadmol = 0.00205 L x 4.88 x 10- 4mol/Lmol = 1.00 x 10 - 6mol KMnO4

b) Moles de CaC2O4

mol CaC2O4 = 1.00 x 10-6 mol KMnO4 x =5 mol CaC2O4

2 mol KMnO4

mol CaC2O4 = 2.50 x 10 -6 mol CaC2O4

c) Moles de Ca+2

mol Ca+2 = 2.50 x 10 -6 mol CaC2O4 x =1 mol Ca+2

1 mol CaC2O4

mol Ca+2 = 2.50 x 10 -6 mol Ca+2

Moles de Ca2+/ 1 ml de sangre

Moles de Ca2+/ 100 ml de sangre

Masa(g) de Ca2+/100 ml de sangre

Masa(mg) de Ca2+/100 ml de sangre

Multiplicar por 100 a) Calc de mol Ca+2 por 100 ml

M (g/mol) b) Calc de masa de Ca+2 por 100 ml

1g = 1000mg c) conversión de g a mg

Titulaciones redox – Guía de cálculo - II

a) mol Ca+2 por 100 ml de sangre

b) masa (g) de Ca+2

mol Ca+2

100 ml sangre= x 100 ml sangre =mol Ca+2

1.00 ml sangre

mol Ca+2

100 ml sangre= x 100 ml sangre =2.50 x 10 -6 mol Ca+2

1.00 ml sangre

mol Ca+2

100 ml sangre= 2.50 x 10 -4 mol Ca+2

masa Ca+2 = mol Ca+2 x mol masa Ca/ mol = masa Ca+2 = 2.50 x 10 -4mol Ca+2 x 40.08g Ca/mol = 0.0100 g Ca+2

c) masa (mg) de Ca+2

masa Ca+2 = 0.0100g Ca+2 x 1000mg Ca+2/g Ca+2 = 10.0 mg Ca+2

100 ml sangre

Cálculo de titulación redox - II

Tipos de reacciones químicas - II) Reacciones de combinación que son reacciones redox. a) Un metal y un no metal forman un compuesto iónico b) Dos no metales forman un compuesto covalente c) Combinación de un compuesto y un elementoII) Reacciones de combinación que no son reacciones redox. a) Un óxido metálico y un óxido no metálico forman un compuesto

iónico con un anión poliatómico b) Un óxido metálico y el agua forman bases c) Los óxidos no metálicos y el agua forman ácidosIII) Reacciones de descomposición. a) Descomposición térmica i) La mayoría de los compuestos iónicos con oxianiones

forman un óxido metálico y un óxido no metálico gaseoso ii) La mayoría de los óxidos metálicos, cloratos y percloratos

liberan oxígeno b) Descomposición electrolítica

IV) Reacciones de desplazamiento. a) Reacciones de desplazamiento simple – las series de actividad de

los metalesi) Un metal desplaza hidrógeno del agua o de un ácidoii) Un metal desplaza otro ión metálico de la solucióniii) Un halógeno desplaza un ión haluro de la solución

b) Reacciones de doble desplazamiento i) En las reacciones de precipitación: Se forma un precipitadoii) En reacciones ácido-base: Ácido+Base forman una sal y agua

V) Reacciones de combustión – Todas son procesos redox. a) Combustión de un elemento con oxígeno para formar óxidos b) Combustión de hidrocarburos para producir agua y dióxido de

carbono

Reactivos Productos

Tipos de reacciones químicas - II

Fig. 4.15

Tres vistas de una reacción de combinación entre elementos

Potasio Cloro Cloruro de potasio

Reacciones de metales con no metales para formar compuestos iónicos - Rxns Redox

2 Na(s) + Cl2 (g) 2 NaCl(s)

Metales alcalinos y tierras alcalinas con halógenos

Ba(s) + Br2 (l) BaBr2 (s)

Metales con los no metales azufre y nitrógeno

16 Fe(s) + 3 S8 8 Fe2S3 (s)

3 Ca(s) + N2 (g) Ca3N2 (s)

Un metal y un no metal (oxígeno) para formar compuestos iónicos

4 Fe(s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3 (s)

4 K(s) + O2 (g) 2 K2O(s)

Dos no metales se combinan para formar un compuesto covalente binario - Rxns redox

N2 (g) + 3 Cl2 (g) 2 NCl3 (g)

P4 (s) + 6 F2 (g) 4 PF3 (g)

I2 (s) + 5 F2 (g) 2 IF5 (l)

P4 (s) +10 N2 (g) 4 P3N5 (s)

S8 (s) +2 N2 (g) 2 S4N2 (s)

S8 (s) +4 Br2 (l) 4 S2Br2 (l)

8 P4 (s) + 5 S8 (s) 8 P4S5 (s)

Halógenos de no metales

Nitruros y sulfuros

Otros elementos se combinan con oxígeno para formar óxidos

Metales en combinación con oxígeno

4 Na(s) + O2 (g) 2 Na2O(s)

2 Ca(s) + O2 (g) 2 CaO(s)

Ti(s) + O2 (g) TiO2 (s)

4 Al(s) +3 O2 (g) 2 Al2O3 (s)

No metales con oxígenoN2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)

P4 (s) + 5 O2 (g) P4O10 (s)

S8 (s) +8 O2 (g) 8 SO2 (g)

2 F2 (g) + O2 (g) 2 OF2 (g)

Óxidos no metálicos y Haluros Reaccionan con oxígeno adicional y halógenos para formar óxidos y haluros “más grandes”

2 NO(g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

P4O6 (s) +2 O2 (g) P4O10 (s)

2 CO(g) + O2 (g) 2 CO2 (g)

1) Óxidos no metálicos con oxígeno:

2) Haluros no metálicos con halógenos:

BrF3 (g) +F2 (g) BrF5 (l)

IF3 (g) + F2 (g) IF5 (l)

IF5 (l) + F2 (g) IF7 (l)

ClF(g) + F2 (g) ClF3 (g)

Combinación de un compuesto y un elemento:Óxidos no metálicos y haluros reaccionan con oxígeno

adicional y halógenos para formar óxidos y haluros “más grandes”

2 NO(g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

P4O6 (s) +2 O2 (g) P4O10 (s)

2 CO(g) + O2 (g) 2 CO2 (g)

1) Óxidos no metálicos con oxígeno:

2) Haluros no metálicos con halógenos:

PF3 (g) +F2 (g) PF5 (l)

IF3 (g) + F2 (g) IF5 (l)

IF5 (l) + F2 (g) IF7 (l)

ClF(g) + F2 (g) ClF3 (g)

Combinación de dos compuestos - I1) Óxido metálico con un óxido no metálico para formar un compuesto iónico con un anión poliatómico.

Na2O(s) + CO2 (g) Na2CO3 (s)

K2O(s) + SO2 (g) K2SO3 (s)

CaO(s) + SO3 (g) CaSO4 (s)

2) Los óxidos metálicos reaccionan con agua para formar hidróxidos

Na2O(s) + H2O(l) 2 NaOH(ac)

BaO(s) + H2O(l) Ba(OH)2 (s)

2 Sc2O3 (s) + 6 H2O(l) 4 Sc(OH)3 (s)

FeO(s) + H2O(l) Fe(OH)2 (s)

3) Los óxidos no metálicos reaccionan con agua para formar ácidos

4) Los hidratos resultan de la reacción de compuestos anhídridos (sin agua) con agua.

5) Reacciones de adición con compuestos de carbonoC2H4 (g) + Cl2 (g) C2H4Cl2 (g)

Ethylene + Chlorine dichloroethane

CO2 (g) + H2O(l) H2CO3 (ac)

SO2 (g) + H2O(l) H2SO3 (ac)

3 NO2 (g) + H2O(l) 2 HNO3 (ac) + NO(g)

CuSO4 (s) + 5 H2O(l) CuSO4 5H2O (s)

MgSO4 (s) + 7 H2O(l) MgSO4 7H2O(s)

Na2CO3 (s) + 10 H2O(l) Na2CO3 10H2O(s) ..

.

Combinación de dos compuestos - II

Fig. 4.16

Tres vistas de una reacción de descomposición que forma elementos

Óxido de mercurio (II) Mercurio Oxígeno

Reacciones de descomposición térmica - I

Carbonatos Óxidos y dióxido de carbono

Na2CO3 (s) Na2O(s) + CO2 (g)

MgCO3 (s) MgO(s) + CO2 (g)

Sulfitos Óxidos y dióxido de azufre

MgSO3 (s) MgO(s) + SO2 (g)

K2SO3 (s) K2O(s) + SO2 (g)

Óxidos metálicos, cloratos, y percloratos Oxígeno

2 Na2O(s) 4 Na(s) + O2 (g)

KClO4 (s) KCl(s) + 2 O2 (g)

Hidróxidos, hidratos y algunos oxiácidos Agua

Ca(OH)2 (s) CaO(s) + H2O(g)

Na2CO3 10H2O (s) Na2CO3 (s) + 10 H2O(g)

H2SO3 (l) SO2 (g) + H2O(g)

2 Fe(OH)3 (s) Fe2O3 (s) + 3 H2O(g)

MgSO4 7H2O(s) MgSO4 (s) + 7 H2O(g)

H2CO3 (ac) CO2 (g) + H2O(g)

2 NaOH(s) Na2O(s) + H2O(g)

Reacciones de descomposición térmica - II

Fig. 4.17

Tres vistas de una reacción de desplazamiento simple

2Li(s) + 2H2O(l) 2LiOH(ac) + H2(g)Litio Agua Hidróxido de litio Hidrógeno

Fig. 4.20

Las series de actividad de los metales

Fu

erza

com

o ag

ente

red

uct o

r

Desp

laza H2

del agu

a

Desp

laza H2

del vap

or

Desp

laza H2

del ácid

o

No d

esplaza

H2

Los metales desplazan hidrógeno del agua

Metales que desplazan hidrógeno del agua fría:

2 Cs(s) + 2 H2O H2 (g) + 2 CsOH(ac)

Ba(s) +2 H2O(l) H2 (g) + Ba(OH)2 (ac)

Metales que desplazan hidrógeno del vapor:

Mg(s) + 2 H2O(g) H2 (g) + Mg(OH)2 (s)

2 Cr(s) + 6 H2O(g) 3 H2 (g) +2 Cr(OH)3 (s)

2 Na(s) + 2 H2O(l) H2 (g) + 2 NaOH(ac)

Zn(s) + 2 H2O(g) H2 (g) + Zn(OH)2 (s)

Los metales desplazan hidrógeno de los ácidos

Reacciones de metales sobre el hidrógeno en las series de actividad

Mg(s) + 2 HCl(ac) MgCl2 (ac) + H2 (g)

Zn(s) + H2SO4 (ac) ZnSO4 (ac) + H2 (g)

2 Al(s) + 6 HCl(ac) 2 AlCl3 (ac) + 3 H2 (g)

Cd(s) + 2 HBr(ac) CdBr2 (ac) + H2 (g)

Sn(s) + 2 H2SO4 (ac) Sn(SO4)2 (ac) + 2 H2 (g)

Reacciones de metales bajo el hidrógeno en las series de actividad

Cu(s) + HCl(ac) No hay reacción

Au(s) + H2SO4 (ac) No hay reacción

Fig. 4.19

Tres vistas del cobre desplazando iones plata de la solución

Alambre de cobre

Solución de nitrato de plata

Alambre de cobre cubierto con plata

Solución de nitrato de cobre

Átomos de Ag cubren el alambre

Átomos de Cu en el alambre

+1 +1-2 0 +2 +5 –2 02AgNo3(ac) + Cu(s) Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s)

Reacciones de desplazamiento simple - Los metales reemplazan iones de metal de la solución

Ba(s) + Co(NO3)2 (ac) Co(s) + Ba(NO3)2 (ac)

Cd(s) + AgNO3 (ac) 2 Ag(s) + Cd(NO3)2 (ac)

Mg(s) + Pb(NO3)2 (ac) Pb(s) + Mg(NO3)2 (ac)

Al(s) + Ba(NO3)2 (ac) No hay reacción

4 Cr(s) + 3 PtCl4 (ac) 3 Pt(s) + 4 CrCl3 (ac)

2 Li(s) + Na2SO4 (ac) + H2O(l) 2 NaOH(ac) + H2 (g) + Li2SO4 (ac)

Ca(s) + Hg(NO3)2 (ac) Hg(l) + Ca(NO3)2 (ac)

Reacciones de doble desplazamiento

1) Reacciones de precipitación – se forma un producto insoluble:

Pb(NO3)2 (ac) + 2 NaI(ac) PbI2 (s) + 2 NaNO3 (ac)

Ba(NO3)2 (ac) + Na2SO4 (ac) BaSO4 (s) + 2 NaNO3 (ac)

2) Reacciones de neutralización ácido-base - se forma agua:

HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

H2SO4 (ac) + Ca(OH)2 (s) CaSO4 (s) + 2 H2O(l)

3) Un carbonato o sulfito reacciona con un ácido para formar gas:

Na2CO3 (ac) + 2 HBr(ac) 2 NaBr(ac) + H2O(l) + CO2 (g)

K2SO3 (ac) + 2 HI(ac) 2 KI(ac) + H2O(l) + SO2 (g)

Reacciones de combustión: Reacciones redox

Los elementos se combinan con oxígeno para formar óxidos:

2 Al(s) + 3 O2 (g) 2 Al2O3 (s)

S8 (s) + 8 O2 (g) 8 SO2 (g)

C(s) + O2 (g) CO2 (g)

Los compuestos se combinan con oxígeno para formar óxidos

2 Fe2S3 (s) + 9 O2 (g) 2 Fe2O3 (s) + 6 SO2 (g)

2 Ca3N2 (s) + 7 O2 (g) 6 CaO(s) + 4 NO2 (g)

Los hidrocarburos se combinan con oxígeno para formar CO2 y H2O

2 C4H10 + 18 O2 (g) 8 CO2 (g) + 10 H2O(g)

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O(g)

Identificación del tipo de reacción química - I

Problema: Clasifique las siguientes reacciones de: descomposición, de desplazamiento, identifique el proceso químico subrayado como precipitación, ácido-base, o redox, y escriba una ecuación molecular balanceada para cada una. Para reacciones redox, identifique los agentes oxidante y reductor.a) Cloruro de bario(ac) y sulfato de amonio(ac) b) Metal de manganeso y cloruro de estaño IV (ac)c) Hidróxido de estroncio y ácido brómicod) Metal de cobalto y gas nitrógeno para producir nitruro de cobalto IIe) Peróxido de sodio para obtener óxido de sodio y gas oxígenoPlan: Identifique el tipo de reacción, así como los productos y la ecuación.Solución:a) Desplazamiento (metátesis): dos sustancias forman otras dos, una de las cuales es un precipitado.

BaCl2 (ac) + (NH4)2SO4 (ac) BaSO4 (s) + 2 NH4Cl(ac)

b) Reacción de desplazamiento(sencillo): Esta reacción “redox” ocurre cuando el manganeso más activo desplaza el menos reactivo estaño.

2 Mn(s) + SnCl4 (ac) 2 MnCl2 (ac) + Sn(s)

Mn es el agente reductor, y el SnCl4 es el agente oxidante

c) Reacción de desplazamiento (metátesis): Dos sustancias forman otras dos. Esta es una reacción ácido-base. La base Sr(OH)2 reacciona con el ácido brómico para producir y la sal, bromato de estroncio disuelta en agua.

Sr(OH)2 (ac) + 2 HBrO3 (ac) Sr(BrO3)2 (ac) + 2 H2O(L)

Identificación del tipo de reacción química - II

d) Reacción de combinación: Esta reacción redox ocurre cuando el metal de cobalto se calienta en nitrógeno gaseoso y forma el compuesto sólido nitruro de cobalto II.

3 Co(s) + N2 (g) Co3N2 (s)

El nitrógeno es el agente oxidante, y se reduce; el cobalto es el agente reductor, y se oxida.

e) Reacción de descomposición: Una sustancia forma dos sustancias. Esta es una reacción redox que forma oxígeno gaseoso.

2 Na2O2 (s) 2 Na2O(s) + O2 (g)

El peróxido de sodio es ambos agentes, oxidante y reductor, como el oxigeno se reduce y oxida al mismo tiempo.

Identificación del tipo de reacción química - III

Fig. 4.21

El estado de equilibrio

La descomposición

es completa

A Un sistema sin equilibrio

se calienta se forma y escapa

se calienta se forma

Descomposición y combinación

buscan el equilibrio

Mezcla de CaO y CaCo3

B Sistema en equilibrio

Muchas reacciones químicas están en un estado de equilibrio dinámico

CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g)

Proceso de equilibrio sólido - gas

Procesos de equilibrio en soluciones involucrando ácidos débiles y bases

CH3COOH(ac) + H2O(L) CH3COO -(ac) + H3O+

(ac)

NH3 (ac) + H2O(L) NH4+

(ac) + OH -(ac)