Fund.QuíM.Cap4 C

FUNDAMENTOS DE QUÍMICAFUNDAMENTOS DE QUÍMICA

IV. Las reacciones químicasIV. Las reacciones químicas

IV.1. La ecuación químicaIV.1. La ecuación química IV.2. Las reacciones químicas en IV.2. Las reacciones químicas en

disolucióndisolución IV.3. La estequiometríaIV.3. La estequiometría IV.4. Reactivo limitanteIV.4. Reactivo limitante

Reacciones de oxidación-reducciónReacciones de oxidación-reducción

En la oxidación de un metal éste En la oxidación de un metal éste pierde electronespierde electrones: : 4 Fe + 3 O4 Fe + 3 O2 2 2 Fe2 Fe22OO33

4 Fe - 12e4 Fe - 12e 4 Fe 4 Fe3+3+ 3 O 3 O2 2 + 12e 6 O+ 12e 6 O2-2-

En la reacción con un ácido, un metal En la reacción con un ácido, un metal pierde electronespierde electrones: :

CaCa((ss)) + 2 HCl + 2 HCl((aqaq) ) CaClCaCl22((aqaq)) + H + H22((gg))

Ca - 2eCa - 2e Ca Ca2+ 2+ 2 H2 H++ + 2e H + 2e H22((gg))

Se ha generalizado esta situación llamándose Se ha generalizado esta situación llamándose oxidaciónoxidación a a la la pérdida de electrones por parte de una sustancia.pérdida de electrones por parte de una sustancia.

En las reacciones anteriores se dice que: “El Fe se oxidó”, En las reacciones anteriores se dice que: “El Fe se oxidó”, “El Ca se oxidó” “El Ca se oxidó”


Paralelamente – Paralelamente – y ocurre siempre cuando hay una y ocurre siempre cuando hay una oxidación- oxidación- cuando uncuando un átomo, ión o molécula átomo, ión o molécula adquiere una carga más negativa (gana electrones) adquiere una carga más negativa (gana electrones) se dice que se dice que se reduce.se reduce.

La ganancia de electrones por parte de una sustancia se La ganancia de electrones por parte de una sustancia se denominadenomina reducción reducción

En las reacciones anteriores:En las reacciones anteriores:[3 O[3 O2 2 + 12e 6 O+ 12e 6 O2-2-] el O] el O22 se redujose redujo

[2 H[2 H++ + 2e H + 2e H22((gg)] )] el Hel H+ + se redujose redujo


Para identificar correctamente una reacción de Para identificar correctamente una reacción de oxidación-reducción se creó el concepto de oxidación-reducción se creó el concepto de número de oxidación.número de oxidación.

En las reacciones de En las reacciones de oxidación-reducciónoxidación-reducción tienen tienen lugar cambios iguales pero de signo contrario en lugar cambios iguales pero de signo contrario en los números de oxidación de al menos dos los números de oxidación de al menos dos elementos.elementos.

# de oxidación # de oxidación aumentaaumenta oxidaciónoxidación

# de oxidación # de oxidación disminuyedisminuye reducciónreducción

Tipos de reacciones REDOXTipos de reacciones REDOX

Reacciones de combustiónReacciones de combustión Reacciones electroquímicasReacciones electroquímicas Reacciones entre un metal y un ácido (o una Reacciones entre un metal y un ácido (o una

sal): sal): A A + + BBX X AAXX + + BB

ZnZn((ss)) ++ 22 HHBr (Br (aqaq) ) ZnZnBrBr22(aq) + (aq) + HH22((gg))

MnMn((ss)) ++ PbPb(NO(NO33))22((aqaq) ) MnMn(NO(NO33))22((aqaq) + ) + PbPb((ss))

Se denominan Se denominan reacciones de reacciones de desplazamientodesplazamiento porque el ión en disolución es desplazado o porque el ión en disolución es desplazado o sustituido por un elemento que se oxida.sustituido por un elemento que se oxida.

Tipos de reacciones REDOXTipos de reacciones REDOX

Verificación de existencia de oxidación-reducciónVerificación de existencia de oxidación-reducción MgMg((ss)) ++ 22 HHCl(Cl(aqaq) ) MgMgClCl22(aq) + (aq) + HH22((gg))

0 +1 +2 00 +1 +2 0

Otro ejemplo de reacción de desplazamiento:Otro ejemplo de reacción de desplazamiento:

Fe(Fe(ss)) ++ Ni(NONi(NO33))22((aqaq) Fe(NO) Fe(NO33))22((aqaq) + Ni() + Ni(ss))

Se verifica que Se verifica que siempre que una sustancia se siempre que una sustancia se oxida otra se reduceoxida otra se reduce..

Pero ¿qué metal puede reducir a otro (oxidándose)?Pero ¿qué metal puede reducir a otro (oxidándose)?

Serie de actividad de los metales en Serie de actividad de los metales en disolución acuosadisolución acuosa

Cualquier metal de la lista puede ser oxidado por los iones de los Cualquier metal de la lista puede ser oxidado por los iones de los elementos que están debajo de él.elementos que están debajo de él.

Reacción de desplazamientoReacción de desplazamiento

Desplazamientos metálicos en las Desplazamientos metálicos en las reacciones REDOXreacciones REDOX

Exprese cuáles de las Exprese cuáles de las siguientes reacciones siguientes reacciones pueden tener lugar:pueden tener lugar:

CuCu((ss)) + Sn + Sn2+2+((aqaq))

FeFe((ss)) + Ni + Ni2+2+((aqaq))

AlAl((ss)) + Na + Na++((aqaq))

NiNi((ss)) + H + H++((aqaq))

CuCu((ss)) + H + H++((aqaq))

AlAl((ss)) + H + H++((aqaq))

La estequiometríaLa estequiometría

EstequiometríaEstequiometría : del griego : del griego stoicheion stoicheion (“elemento”) y (“elemento”) y metronmetron (“medida”). (“medida”).

Se basa en la Se basa en la ley de ley de conservación de la masaconservación de la masa: : la la masa total de todas las masa total de todas las sustancias presentes después sustancias presentes después de una reacción química es la de una reacción química es la misma que la masa total antes misma que la masa total antes de la reacción de la reacción [Lavoisier final S. [Lavoisier final S. XIX]XIX]

Cálculos estequiométricosCálculos estequiométricos

Los coeficientes de una ecuación química balanceada Los coeficientes de una ecuación química balanceada se pueden interpretar como los números relativos de se pueden interpretar como los números relativos de moléculas que intervienen en la reacción y también moléculas que intervienen en la reacción y también como los números relativos de molescomo los números relativos de moles


Cuando se plantea:Cuando se plantea:2 mol H2 mol H22 ≈≈ 1 mol O 1 mol O22 ≈ ≈ 2 mol H2 mol H22OO

Se quiere decir que 2 mol HSe quiere decir que 2 mol H22,1 mol O,1 mol O22 y y 2 mol H2 mol H22O sonO son

cantidades estequiométricamente equivalentescantidades estequiométricamente equivalentes ( (≈). ≈). Esto significa cantidades Esto significa cantidades proporcionalesproporcionales de reaccionantes de reaccionantes y productos. Ej.: ¿cuántos moles de y productos. Ej.: ¿cuántos moles de HH22O se producen O se producen aprtir de 1,57 moles de aprtir de 1,57 moles de OO22??

Moles de Moles de HH22OO = (1,57 mol = (1,57 mol OO22) ) (2 mol H(2 mol H 22O)O) = 3,14 mol = 3,14 mol HH22OO

(1 mol (1 mol OO22))


En la combustión del butano (CEn la combustión del butano (C4 4 HH1010) ocurre la reacción:) ocurre la reacción:

¿Cuántos g de CO¿Cuántos g de CO22 se producen al combustionar 1 g de se producen al combustionar 1 g de CC44HH1010? Se aprecia que 2 mol C? Se aprecia que 2 mol C44HH1010 ≈≈ 8 mol O 8 mol O22. Hay . Hay que buscar la equivalencia en moles de 1g de Cque buscar la equivalencia en moles de 1g de C44HH1010 [1mol C[1mol C44HH1010= 58 g]= 58 g]


Ahora ya se pueden calcular los moles de COAhora ya se pueden calcular los moles de CO22 producidos producidos por los 0,0172 moles de Cpor los 0,0172 moles de C44HH1010

Y como un mol COY como un mol CO2 2 corresponden (12 + 32) 44 g de COcorresponden (12 + 32) 44 g de CO22


Así, para este tipo de problemas, la secuencia Así, para este tipo de problemas, la secuencia de conversión es:de conversión es:

También se hubiera podido realizar el cálculo en una sola También se hubiera podido realizar el cálculo en una sola secuencia de factores:secuencia de factores:


Si se hubiera pedido la cantidad consumida de OSi se hubiera pedido la cantidad consumida de O2 2 el el planteamiento total hubiera sido:planteamiento total hubiera sido:

Calcúlese la cantidad de agua producida por 25 g de CCalcúlese la cantidad de agua producida por 25 g de C44HH1010


Procedimiento para el cálculo para calcular el # de g de Procedimiento para el cálculo para calcular el # de g de un reactivo consumido o de un producto formado en un reactivo consumido o de un producto formado en una reacción, partiendo del # de g de uno de los otros una reacción, partiendo del # de g de uno de los otros reactivos o producto.reactivos o producto.

Cálculos estequiométricos. Problemas. Cálculos estequiométricos. Problemas.

1- La fermentación de la glucosa (C1- La fermentación de la glucosa (C66HH1212OO66) produce alcohol ) produce alcohol etílico (Cetílico (C22HH55OH) yOH) y COCO22..

c)c) Plantee la ecuación balanceadaPlantee la ecuación balanceada

d)d) Calcule los moles de COCalcule los moles de CO22. que se producen a partir de . que se producen a partir de 0,4 moles de glucosa.0,4 moles de glucosa.

e)e) Calcule los gramos de glucosa que se requieren para Calcule los gramos de glucosa que se requieren para fabricar una botella de bebida alcohólica (750 ml fabricar una botella de bebida alcohólica (750 ml ≈750 ≈750 g) si en ella está presente el alcohol etílico en un 38%.g) si en ella está presente el alcohol etílico en un 38%.

Cálculos estequiométricos. Problemas. Cálculos estequiométricos. Problemas.

2- Las bolsas de aire de los automóviles se inflan cuando 2- Las bolsas de aire de los automóviles se inflan cuando la azida de sodio (NaNla azida de sodio (NaN33) se descompone rápidamente ) se descompone rápidamente en sus elementos componentes: (Cen sus elementos componentes: (C22HH55OH) yOH) y COCO22..

2 NaN2 NaN33((ss) 2 Na() 2 Na(ss) + 3 N) + 3 N22((gg)) ¿Cuántos moles de N¿Cuántos moles de N22 se producen al descomponerse se producen al descomponerse

2,5 mol de NaN2,5 mol de NaN33? ? ¿Cuántos gramos de azida de sodio se requieren para ¿Cuántos gramos de azida de sodio se requieren para

formar 6,00 g de nitrógeno gaseoso?formar 6,00 g de nitrógeno gaseoso? ¿Cuántos gramos de azida de sodio se necesitan para ¿Cuántos gramos de azida de sodio se necesitan para

–al reaccionar- llenar una bolsa con 25 litros de –al reaccionar- llenar una bolsa con 25 litros de nitrógeno gaseoso si la densidad de éste es de 1,25 g/nitrógeno gaseoso si la densidad de éste es de 1,25 g/l?l?

Reactivo limitanteReactivo limitante

Una reacción química termina cuando se agota Una reacción química termina cuando se agota el reactivo que está en una proporción menor a el reactivo que está en una proporción menor a la estequiométrica; quedando los demás en la estequiométrica; quedando los demás en exceso. Al reactivo que se agota primero se le exceso. Al reactivo que se agota primero se le llama llama reactivo limitante.reactivo limitante.

Supongamos que se tienen 2 moles de Hierro y Supongamos que se tienen 2 moles de Hierro y 1 mol de Oxígeno y que reaccionan para formar 1 mol de Oxígeno y que reaccionan para formar óxido férrico según: 4 Fe + 3 Oóxido férrico según: 4 Fe + 3 O2 2 2 Fe2 Fe22OO33 ¿cuál de los dos terminará primero¿cuál de los dos terminará primero??

Como en esta reacción 4 moles de Fe reaccionan con 3 de Como en esta reacción 4 moles de Fe reaccionan con 3 de oxígeno se puede plantear:oxígeno se puede plantear:


Partamos primero de lo necesario de OPartamos primero de lo necesario de O22 para reaccionar para reaccionar con 2 moles de Fe:con 2 moles de Fe:

Moles de OMoles de O22 = (2 mol Fe) = (2 mol Fe) (3 mol O(3 mol O 22)) = 1,5 mol O = 1,5 mol O22

(4 mol Fe)(4 mol Fe)Como se dispone solamente de 1 mol de OComo se dispone solamente de 1 mol de O22, el reactivo , el reactivo

limitante resulta el Olimitante resulta el O22..

Si se hubiera partido de lo necesario de Fe:Si se hubiera partido de lo necesario de Fe:Moles de Fe = (1 mol OMoles de Fe = (1 mol O22) ) (4 mol Fe(4 mol Fe)) = 1,33 mol Fe = 1,33 mol Fe

(3 mol O(3 mol O22))

Como se dispone de 2 mol de Fe, sobra de este elemento, Como se dispone de 2 mol de Fe, sobra de este elemento, luego el reactivo limitante resulta el Oluego el reactivo limitante resulta el O22..


Resumiendo los datos del ejemplo anterior:Resumiendo los datos del ejemplo anterior:

4 Fe4 Fe 3 O3 O22 2 Fe2 Fe22OO33

CantidadeCantidades inicialess iniciales

22 11 00

Cambio Cambio (reacción)(reacción)

-1,33-1,33 -1-1 +1,5+1,5

CantidadeCantidades finaless finales

0,670,67 00 1,51,5

Cálculos estequiométricos.Problemas. Cálculos estequiométricos.Problemas.

3- El proceso más importante para convertir el 3- El proceso más importante para convertir el nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados se basa en la reacción de éste con hidrógeno se basa en la reacción de éste con hidrógeno para formar amoníaco (NHpara formar amoníaco (NH33) según:) según:

NN2 2 ++ 33 HH2 2 22 NHNH33

Clasifique la reacciónClasifique la reacción Calcule los moles de NHCalcule los moles de NH33. que se pueden . que se pueden

formar a partir de 3,0 mol de Nformar a partir de 3,0 mol de N2 2 yy 6,0 mol de6,0 mol de HH2 2

¿Cuál es el reactivo limitante?¿Cuál es el reactivo limitante?


En el siguiente esquema se ve ejemplificado el concepto En el siguiente esquema se ve ejemplificado el concepto de reactivo limitante de reactivo limitante

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