ÓLLIÇÓ 2

Reacción químicaReacción químicaMonóxido de nitrógeno + oxígeno → dióxido deMonóxido de nitrógeno + oxígeno → dióxido de

nitrógeno

Paso 1: escriba la reacción utilizando símbolos químicos.

Paso 2: ajuste la ecuación química.

NO + O2 → NO22 1 2

Representación molecularRepresentación molecular

Estrategia para ajustar ecuacionesEstrategia para ajustar ecuaciones

Aj t i l l l t• Ajuste en primer lugar los elementos que aparecen solamente en un compuesto en cada ladolado.

• Ajuste en último lugar los elementos libres.

• En algunas reacciones hay grupos de átomos que no se modifican. En estos casos, ajuste losque no se modifican. En estos casos, ajuste los grupos como si se tratase de una unidad.

• Los coeficientes fraccionarios se pueden utilizar• Los coeficientes fraccionarios se pueden utilizar, así como eliminar al final multiplicando.

Ejemplo Escritura y ajuste de una ecuación: la combustión de un compuesto formado por carbono, hidrógeno y oxígeno (esta es la base del análisis por combustión de un compuesto orgánico).

El trietilenglicol líquido, C6H14O4, se utiliza como disolvente y reactivo para obtener los plásticos de polivinilo y el poliuretano. Escriba una ecuación ajustada para su combustión completa.

Trietilenglicol

Chemical Equation:

152 6               7C6H14O4 +       O2 →      CO2 +      H2O 

q

1.  Balance C.

2.  Balance H.

3.  Balance O.

2 C6H14O4 + 15 O2 → 12 CO2 + 14 H2O

4. If you don’t like fractions multiply by two 

2 C6H14O4 + 15 O2 → 12 CO2 + 14 H2O 

and check all elements before you are fully satisfied.

EjemploEjemplo Factores de conversión adicionales en un cálculo estequiométrico: elFactores de conversión adicionales en un cálculo estequiométrico: elvolumen, la densidad y la composición porcentual.Una aleación que se emplea en estructuras de aviones está formadapor 93,7 por ciento de Al y 6,3 por ciento de Cu. La aleación tiene unapor 93,7 por ciento de Al y 6,3 por ciento de Cu. La aleación tiene unadensidad de 2,85 g/cm3. Una pieza de 0,691 cm3 de esta aleaciónreacciona con un exceso de HCl(aq). Si suponemos que todo el Alpero nada del Cu reacciona con el HCl(aq), ¿qué masa de H2 sep ( q), ¿q 2obtiene?

Escriba la ecuación química:

Aj t l ió í i

Al +     HCl  →    AlCl3 +    H2 

Ajuste la ecuación química:

2 6 2 3

Agua

Una aleación que se emplea en estructuras de aviones está formada por 93,7 por cientode Al y 6,3 por ciento de Cu. La aleación tiene una densidad de 2,85 g/cm3. Una piezade 0,691 cm3 de esta aleación reacciona con un exceso de HCl(aq). Si suponemos que

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

( q) p qtodo el Al pero nada del Cu reacciona con el HCl(aq), ¿qué masa de H2 se obtiene?

Planifique la estrategia:

cm3 aleación → g aleación → g Al → mol Al → mol H → g Hcm aleación → g aleación → g Al → mol Al → mol H2 → g H2

¡Necesitamos 5 factores de conversión!

Escriba la ecuación

0 691 3 l ió 2 85 g aleación 97 3 g Al

y realice los cálculos:

mH2= 0,691 cm3 aleación × × ×2,85 g aleación

1 cm397,3 g Al

100 g aleación

1 l Al 3 l H 2 016 H× ×1 mol Al26,98 g Al

3 mol H22 mol Al

2,016 g H21 mol H2

= 0,207 g H2

Las reacciones químicas en di l iódisolución

• Es necesario un contacto próximo entre los pátomos, los iones y las moléculas para que se produzca una reacción.

• Disolvente:N l t l l di l i– Normalmente emplearemos las disoluciones acuosas (aq).

• Soluto:Soluto:– Material disuelto por el disolvente.

Ejemplo Cálculo de la masa del soluto en una disolución de molaridad conocida.

j p

Deseamos preparar 0 2500 L (250 mL) exactamente de una disoluciónDeseamos preparar 0,2500 L (250 mL) exactamente de una disolución acuosa de K2CrO4 0,250 M. ¿Qué masa de K2CrO4 debemos utilizar?

Pl ifi l t t i l lPlanifique la estrategia: volumen → moles → masa

¡Necesitamos 2 factores de conversión!

Escriba la ecuación y realice los cálculos:

0 2500 L 12 10 250 mol 194 02 gmK2CrO4= 0,2500 L × × = 12,1 g 0,250 mol

1,00 L194,02 g

1,00 mol

Dilución de una disoluciónMi × Vi

Mf × Vf

M × V = n = n = M × V

M = n

V

Mi × Vi = ni = nf = Mf × Vf

Mi × Vi ViMi ViMf =

Vf

= MiVi

Vf

Ejemplo 4.10Preparación de una disolución por dilución.Un determinado procedimiento de química analítica requiere

j p

p q qutilizar una disolución de K2CrO4 0,0100 M. ¿Qué volumen de una disolución de K2CrO4 0,250 M debemos diluir con agua para preparar 0 250 L de disolución de K CrO 0 0100 M?preparar 0,250 L de disolución de K2CrO4 0,0100 M?

Planifique la estrategia: M = MVi V = V

MfPlanifique la estrategia: Mf = MiVf

Vi = VfMi

Realice los cálculos:

V 0 2500 L 0 0100 L0 0100 mol 1,000 LVK2CrO4= 0,2500 L× × = 0,0100 L 0,0100 mol

1,00 L1,000 L

0,250 mol

4.4 Determinación del reactivo li it tlimitante

El ti l t t• El reactivo que se consume completamente determina las cantidades de los productos f dformados.

87/1=87 83/1=83 168/2=83 328/4=82

Podré fer 82 informes

Ejemplo Determinación del reactivo limitante en una reacción.El tricloruro de fósforo, PCl3, es un compuesto importante

j p

, 3, p pdesde el punto de vista comercial y es utilizado en la fabricación de pesticidas, aditivos para la gasolina y otros muchos productos Se obtiene por combinación directa delmuchos productos. Se obtiene por combinación directa del fósforo y el cloro:

P4 (s) + 6 Cl2 (g) → 4 PCl3 (l)4 ( ) 2 (g) 3 ( )¿Qué masa de PCl3 se forma en la reacción de 125 g de P4con 323 g de Cl2?

Estrategia: compare la proporción molarEstrategia: compare la proporción molar real con la proporción molar requerida.

Ejemplo j p

nCl2= 323 g Cl2 × = 4,56 mol Cl21 mol Cl2Cl2

g 2 , 270,91 g Cl2

n = 125 g P × = 1 01 mol P1 mol P4nP4= 125 g P4 × = 1,01 mol P4

4123,9 g P4

χreal = 4,55 mol Cl2/mol P4

χ ó i = 6 00 mol Cl2/mol P4

n

nχ =Cl2 χteórica = 6,00 mol Cl2/mol P4nχP4

El gas de cloro es el reactivo limitante.

Strategy for calculation:

mol Cl2 mol PCl3 g PCl3

mass Cl2 → moles Cl2 → moles PCl3 → mass PCl3

mol Cl2

g Cl2

mol PCl3

mol Cl2

g PCl3

mol PCl3

1 mol Cl 4 mol PCl 137 3 g PCl

Write the Equation and calculate:

1 mol Cl2

3mPCl = 323.g Cl2 × × ×

35.45 g Cl2

4 mol PCl3

6 mol Cl2

137.3 g PCl3

1 mol PCl3

= 417 g PCl3

Reacciones consecutivas reaccionesReacciones consecutivas, reacciones simultáneas y reacciones netas

• La síntesis que consta de varias etapas aLa síntesis que consta de varias etapas a menudo es inevitable.

• Las reacciones que tienen lugar una tras otraLas reacciones que tienen lugar una tras otra en secuencia se denominan reacciones consecutivas.

• Cuando las sustancias reaccionan independientemente y transcurren al mismo p ytiempo, la reacción es una reacción simultánea.

Reacciones netas e intermedios

L ió t ió• La reacción neta es una ecuación química que expresa todas las reacciones que se producen en una única ecuación neta.ú ca ecuac ó eta

• Un intermedio es una sustancia que se prod ce en na etapa se cons me enproduce en una etapa y se consume en otra etapa de una síntesis que consta de varias etapas.

Electrolitos

• Algunos solutos se d di ipueden disociar en

iones en disolución.P d• Pueden tener carga activa.

Tipos de electrolitosp

• Electrolito fuerte se disocia por• Electrolito fuerte se disocia por completo.

• Electrolito débil se disocia en parte.– Buen conductor eléctrico.

p– Conductor eléctrico pero no muy bueno.

• No electrolito no se disocia• No-electrolito no se disocia. – No conduce la corriente eléctrica.

Three Types of Electrolytes

No electrólito

CH3OH(aq)

Electrólito fuerte

MgCl2(s) → Mg2+(aq) + 2 Cl-(aq)

Electrólito débil

CH3CO2H(aq) ← CH3CO2-(aq) + H+(aq)→

Ejemplo Cálculo de las concentraciones iónicas en una disolución de un electrolito fuerte.¿Cuáles son las concentraciones de los iones aluminio y sulfato en Al2(SO4)3 0,0165 M?

Al (SO ) ( ) 2 Al3+( ) 3 SO 2 ( )

Ecuación química en equilibrio:

Al2(SO4)3 (s) → 2 Al3+(aq) + 3 SO42-(aq)

Ejemplo

Concentración de aluminio:

[Al] × 2 mol Al3+0,0165 mol Al2(SO4)3 0 0330 M Al3+

Concentración de aluminio:

[Al] = × =1 L 1 mol Al2(SO4)3

, 2( 4)3 0,0330 M Al3+

Concentración de sulfato:

0,0495 M SO42-[SO4

2-] = × = 1 mol Al2(SO4)31 L

3 mol SO42-0,0165 mol Al2(SO4)3

Reacciones de precipitaciónp p

Los iones solubles se• Los iones solubles se pueden combinar para formar un compuestoformar un compuesto insoluble.

• Se produce la precipitación.p p p• Un test para saber si un agua

es rica en cloruros:

Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s)

AgNO3 (aq) + NaCl(aq) → AgCl(s)+NaNO3 (aq)

Silver Nitrate and Sodium Iodide

AgNO3(aq) AgI(s) Na+(aq) NO3

-(aq)NaI(aq)

Ecuación iónica netaReacción de precipitación global:

AgNO3(aq) +NaI (aq) → AgI(s) + NaNO3(aq)

Ag+(aq) + NO -(aq) + Na+(aq) + I-(aq) →

Iones espectadores

Ag+(aq) + NO -(aq) + Na+(aq) + I-(aq) →

Ecuación iónica neta:

Ag (aq) + NO3 (aq) + Na (aq) + I (aq) →AgI(s) + Na+(aq) + NO3

-(aq)Ag (aq) + NO3 (aq) + Na (aq) + I (aq) →

AgI(s) + Na+(aq) + NO3-(aq)

Ag+(aq) + I-(aq) → AgI(s)

Ecuación iónica neta:

Reacciones ácido-base

• Del latín acidus:– Sabor agrio.

• Del árabe al-qali (cenizas de ciertas plantas):• Del árabe al-qali (cenizas de ciertas plantas):– Sabor amargo.

• Svante Arrhenius 1884, teoría ácido-base.

Ácidos

• Los ácidos proporcionan H+ en disolución acuosa.• Ácidos fuertes:

• Ácidos débiles:HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) →

→←CH3CO2H(aq) H+(aq) + CH3CO2-(aq) →3 2 ( q) ( q) 3 2 ( q)

Bases• Las bases proporcionan OH- en disolución acuosa.

Bases

• Bases fuertes:• Bases débiles: →←NH3(aq) + H2O(l) OH-(aq) + NH4

+(aq)

NaOH(aq) Na+(aq) + OH-(aq) →H2O

• Un ácido y una base reaccionan para dar sal + agua→←3( q) 2 ( ) ( q) 4 ( q)

Reaccions oxidació-reducció

Fe2O3(s) + 2 Al(s) → Al2O3(s) + 2 Fe(s)

Principios generales de la oxidación-

L h tit i t hi lt

reducción• La hematites se convierte en hierro en un alto

horno.F O ( ) + 3 CO( ) 2 F (l) + 3 CO ( )ΔFe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g)

• La oxidación y la reducción siempre se producen de forma conjunta.

Fe3+ se reduce a hierro metálico.

p j

CO(g) se oxida a dióxido de carbono.

Cambios en el estado de oxidación

I di l t d d id ió

+3 -2 +2 -2 +4 -20

• Indicar los estados de oxidación:

Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g)Δ4 2

Fe3+ se reduce a hierro metálico.

CO(g) se oxida a dióxido de carbono.

Oxidación y reduccióny

• Oxidación:• Oxidación:– El estado de oxidación de algún elemento

aumenta en la reacciónaumenta en la reacción.– Los electrones se encuentran a la derecha de la

ecuación.

• Reducción: – El estado de oxidación de algún elemento

disminuye en la reacción.L l t tá l i i d d l– Los electrones están a la izquierda de la ecuación.

Zinc en sulfato de cobre(II)( )

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu

Semirreacciones

• La reacción es el resultado de dos• La reacción es el resultado de dos semirreacciones:

Z ( ) Z 2+( ) 2Oxidación:

Reducción:

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)Reducción:

R ió t

Cu (aq) 2 e → Cu(s)

C 2+( ) + Z ( ) C ( ) + Z 2+( )Reacción neta: Cu2+(aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn2+(aq)

Agentes oxidantes y reductoresg y

U t id t ( id t )• Un agente oxidante (un oxidante):– Contiene un elemento cuyo estado de

oxidación disminuye en la reacción redox.

• Un agente reductor (un reductor):Contiene un elemento cuyo estado de– Contiene un elemento cuyo estado de oxidación aumenta en la reacción redox.

Ejemplo Identificación de los agentes reductores y oxidantes. El peróxido de hidrógeno, H2O2, es un producto químico muy versátil. EntreEl peróxido de hidrógeno, H2O2, es un producto químico muy versátil. Entre sus aplicaciones se incluyen el blanqueado de la pulpa de madera y de telas y la purificación de aguas, en sustitución del cloro. Uno de los motivos de esta versatilidad es que puede actuar tanto como agente oxidante como agente q p g greductor. Investigue si en las siguientes reacciones el peróxido de hidrógeno actúa como agente oxidante o agente reductor.

Ejemplo

) O ( ) 2 2 ( ) 2 2 O( ) 2 3 ( )a) H2O2(aq) + 2 Fe2+(aq) + 2 H+ → 2 H2O(l) + 2 Fe3+(aq)

El hierro se oxida y elEl hierro se oxida y el peróxido se reduce.

b) 5 H2O2(aq) + 2 MnO4-(aq) + 6 H+ → 8 H2O(l) + 2 Mn2+(aq) + 5 O2(g)

El manganeso se reduce y el peróxido se oxida.

Ajuste de las reacciones de oxidación reducciónoxidación-reducción

S l t ñ ú d• Solamente un pequeño número de ecuaciones redox puede ajustarse por simple tanteo.

• Necesitamos un enfoque sistemático• Necesitamos un enfoque sistemático.• Método de la semirreacción (ión-electrón).

Ajuste de las ecuaciones en medio ácidoácido

• Escriba las ecuaciones para las i isemirreacciones.

– Ajuste todos los átomos excepto los que no sean ni de H ni de Oni de H ni de O.

– Ajuste el oxígeno utilizando H2O.– Ajuste el hidrógeno utilizando H+Ajuste el hidrógeno utilizando H .– Ajuste la carga utilizando e-.

• Iguale el número de electrones en las dosIguale el número de electrones en las dos semirreacciones.

• Sume las dos semirreacciones para obtenerSume las dos semirreacciones para obtener la reacción total.

• Compruebe el ajusteCompruebe el ajuste.

Ajuste en disolución básicaj

OH d b l d l H+• OH- debe aparecer en lugar del H+.

• Tratar la ecuación como si fuese en medio ácido.– Después añadir OH- a cada lado y neutralizar H+.– Eliminar el H2O que aparece a ambos lados de la 2 q p

ecuación.• Comprobar el ajuste.p j

Ejemplo Ajuste de la ecuación de una reacción redox en medio ácido. La reacción descrita abajo se utiliza para determinar la concentración de ionLa reacción descrita abajo se utiliza para determinar la concentración de ion sulfito presente en las aguas residuales de una planta productora de papel. Escriba la ecuación ajustada para esta reacción en medio ácido.

SO32-(aq) + MnO4

-(aq) → SO42-(aq) + Mn2+(aq)

Ejemplo Determine los estados de oxidación:

SO32-(aq) + MnO4

-(aq) → SO42-(aq) + Mn2+(aq)

+4 +6+7 +2

SO 2-(aq) → SO 2-(aq)

Escriba las semirreacciones:

SO32 (aq) → SO4

2 (aq)

MnO4-(aq) → Mn2+(aq)

Ajuste los átomos que no sean de H ni de O:

El j t tá h h l l tEl ajuste ya está hecho para los elementos.

Ejemplo Ajuste los oxígenos añadiendo H2O:

H2O(l) + SO32-(aq) → SO4

2-(aq)

MnO -(aq) → Mn2+(aq) + 4 H O(l)MnO4 (aq) → Mn2 (aq) + 4 H2O(l)

Ajuste los hidrógenos añadiendo H+:j g

H2O(l) + SO32-(aq) → SO4

2-(aq) + 2 H+(aq)

8 H+(aq) +MnO4-(aq) → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)

Añada electrones para ajustar las cargas:

H2O(l) + SO32-(aq) → SO4

2-(aq) + 2 H+(aq) +2e-

5e- + 8 H+(aq) +MnO4-(aq) → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)

Ejemplo Multiplique todas las semirreacciones para ajustar e-:

5 H2O(l) + 5 SO32-(aq) → 5 SO4

2-(aq) + 10 e-(aq) + 10 H+(aq)

16 H+(aq) + 10 e-(aq) + 2 MnO -(aq) → 2 Mn2+(aq) + 8 H O(l)16 H (aq) + 10 e (aq) + 2 MnO4 (aq) → 2 Mn (aq) + 8 H2O(l)

Añada ambas ecuaciones y simplifique:

5 SO32-(aq) + 2 MnO4

-(aq) + 6H+(aq) → 5 SO42-(aq) + 2 Mn2+(aq) + 3 H2O(l)

Compruebe el ajuste.

I en medi bàsic?

5 SO32- + 2 MnO4

- + 6H+ + 6 OH- → 5 SO42- + 2 Mn2+ + 3 H2O + 6 OH-

5 SO32- + 2 MnO4

- + 6 H2O → 5 SO42- + 2 Mn2+ + 3 H2O + 6 OH-

5 SO32- + 2 MnO4

- + 3 H2O → 5 SO42- + 2 Mn2+ + 6 OH-

Disproportionation Reactions

Th b t i b th• The same substance is both oxidized and reduced.

• Some have practical significanceHydrogen peroxide– Hydrogen peroxide

2 H2O2(aq) → H2O(l) + O2(g)

– Sodium thiosulphateS2O3

2-(aq) +2 H+(aq) → S(s) + SO2(g) + H2O(l) 2 3 ( q) ( q) ( ) 2(g) 2 ( )

Posibles estados de oxidación del nitrógenonitrógeno

Podem fer quelcom similar amb el carboni?

Ejemplo Estandarización de una disolución para su posterior utilización en valoraciones redox.valoraciones redox.Un trozo de alambre de hierro que pesa 0,1568 g se convierte en Fe2+(aq) y necesita para su valoración 26,42 mL de una disolución de KMnO4(aq). ¿Cuál es la molaridad de KMnO4(aq)?4( q)

5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+(aq) → 4 H2O(l) + 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq)

Ejemplo

Determine la cantidad de KMnO4 que se consume en la valoración:

5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+(aq) → 4 H2O(l) + 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq)

Determine la cantidad de KMnO4 que se consume en la valoración:

2511568,0

FemolFemolFegn

+=

44411

5847,55

KM OKMnOmolMnOmol

FemolFeg

−

44

4

424 10615 x,5

15KMnOmol

MnOmolFemol−

−+=

Determine la concentración:

4

44

4

4 02140,002624,0

10615 x,5][ KMnOMLKMnOmolKMnO ==

−

PROBLEMES