Reacciones Quimicas, 2010-I Corregido

8/9/2019 Reacciones Quimicas, 2010-I Corregido

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

SAN MARCOS(Universidad del Per, DECANA DE AMERICA)FACULTAD DE FARMACIA

Y BIOQUIMICAEscuela Acadmica Profesional de Ciencia

de los Alimentos y Toxicologa

Departamento Acadmico de Qumica Bsica y aplicada

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Prof. Antonio Almonacid MoscosoProf. Antonio Almonacid Moscoso


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Ser capaz d e r e conoc e r cuando ocurr e una r e accin qumica of e nm e no qumico e n bas e a ev ide ncias ex pe rime ntal e s.

Ser capaz d e dif e r e nciar los di ve rsos tipos d e r e accion e s qumicas

e n bas e a ci e rtos crit e rios d e clasificacin haci e ndo uso d e lase cuacion e s qumicas.

Ente nd e r e l fundam e nto e importancia d e igualar (balanc e ar) unae cuacin qumica y s e r capaz d e balanc e ar cualqui e r tipo d e r e accin qumica aplicando e l mtodo ad e cuado.

OBJETIVOS:

Prof. Antonio Almonacid Moscoso 2


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Las r e accion e s e n solucin acuosa s e clasifican fr e cu e nte me nte e n tr e s clas e sdif e r e nte s:

Transf e r e ncia d e e le ctron e s (o d e oxidacin-r e duccin, r e do x);Transf e r e ncia d e proton e s (n e utralizacin o cido-bas e ),Pr e cipitacin.

Para e nte nd e r cuantitati vam e nte e stas r e accion e s s e de be n e scribir e cuacion e squmicas balanc e adas. Es n e ce sario conoc e r la formula y la natural e za d e cadar e accionant e y producto para e scribir corr e ctam e nte e stas e cuacion e s.

Todo cambio qu e s e produc e alt e racin d e las molculas d e una sustancia osustancias para formar molculas d e sustancias nu ev as con propi e dad e s propias;dif e r e nte s a las qu e te nan las sustancias original e s, r e cib e e l nombr e de r e accin

qumica.

Ej.: 2HgO + calor = 2 Hg + O2 (libr e )CO3Pb + calor = PbO + CO2

INTRODUCCIN:



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REACCIONES NO REDOX:Son aquellas reacciones en las cuales ninguno de los tomos que intervienen en lareaccin cambia su numero de valencia.

SIMPLE COMBINACIN:dos sustancias forman una tercera.Ej:

oxido + agua = baseCaO + H2O = Ca(OH)2Anhdrido + agua = cidoSO3 + H2O = H2SO4cido + hidrxido = sal + aguaHCl + NaOH = NaCl + H2O

CLASES DE REACCIONES QUMICAS:

SIMPLE DESCOMPOSICIN:una sustancia se descompone por accin del calor sin que

sus tomos varen su numero de oxidacin.Ej:CO3Pb + calor = PbO + CO2CO3Cu + calor = OCu + CO2



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Reaccin de doble descomposicin:T iene lugar; cuando en las reacciones se realizan las siguites:

NEUTRALIZACIN:En que un cido es neutralizado por una base o viceversa.

Ej:HNO3+ NaOH = H2O = NO3Na

DESPLAZAMIENTO:Sucede cuando un ion desaloja a otro par ocupar su lugar en la

molcula.

Ej:un cido fuerte es capaz de desalojar a un acodo dbil de sus sales.

H2SO4 + 2ACNa = SO4Na2 + 2ACH



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El estado de oxidacin de un elemento libre o no contaminado es cero,por tanto, Hidrgeno, oxgeno, Fierro, Cloro, tienen nmero de oxidacincero.

El nmero de oxidacin de un in simple es su propia carga; as el inSodio tiene nmero de oxidacin +1 y el in Cloro -1.

El nmero de oxidacin del hidrgeno en cualquier compuesto no inicoes +1; Por tanto en el agua, amoniaco, cido clorhdrico, metano, elhidrgeno tiene nmero de oxidacin +1; A excepcin en los compuestos

hidruros, Ej.: el hidruro de sodio, donde el hidrgeno tiene nmero deoxidacin -1.

REGLAS PARA LA DETERMINACINDEL ESTADO DE OXIDACIN



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El nmero de oxidacin del oxgeno en cualquier compuesto nocomprendido en las reglas 1 al 3 y no posea enlaces covalentes 0-0, es -2

en el agua. cido sulfrico, xido nitroso; pero en el perxido de hidrgenoes -1 y en el xido de sodio es - .

En las combinaciones de no metales sin hidrgeno ni oxgeno, el no-metalque est ms arriba o ms a la derecha en la tabla peridica debe serconsiderado negativo. Su nmero de oxidacin ser el mismo que seencuentra en su in negativo ms frecuente.

O sea, que en el tetracloruro de carbono, +4; en el hexafluoruro de azufre,el del flor es -1 y del azufre +6.

La suma algebraica de todos los nmeros de oxidacin de los tomos deuna frmula neutra es igual a cero. Por tanto, en el cloruro de amonioel nmero de oxidacin del cloro es - 1, el del nitrgeno - 3 y para los 4hidrgenos ser + 4.La suma: - 1 - 3 + 4 = 0.



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La suma algebraica de los nmeros de oxidacin de los que componen unin, es igual a la carga de un in. As pues, en el in amonio; + 4 - 3 = +1, y en el in sulfato; + 6 (del azufre) - 8 (de los cuatro oxgenos) es igual a- 2.

En las reacciones qumicas se conserva el nmero de oxidacin total. Lostomos individuales, pueden sufrir un aumento o una disminucin de sunmero de oxidacin, pero el balance total del cambio es cero.



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AGENTES OXIDANTES COMUNES

SUSTANCIA ECUACIN PARCIAL CAMBIO DEL N DE OXIDACINElemento De A

KMnO4 (acidico) MnO-4 + 8H

++ 5e = Mn

+2+ 4H2O Mn +7 +2

KMnO4 (bsico) MnO-4 + 4H+ + 3e = MnO2 + 2H2O Mn +7 +4

MnO2 MnO2 + 4H+ + 2e- = Mn+2 + 2H2O Mn +4 +2K2Cr2O7 Cr2O-27 + + 14H+ + 6e = 2Cr+3 + 7H2O Cr +6 +3

HNO3 (Conc) NO3- + 2H+ + e = NO2 + H2O N +5 +4

HNO3 (dil) NO3 + 4H+ + 3e = NO + 2H2O N +5 +2

H2O2 H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O O -1 -2

Na2O2 Na2O2 + 2H2O + 2e = 2Na+ + 4OH- O -1 -2HNO2 HNO2 + H+ + e = NO + H2O N +3 +2KClO3 ClO-3 + 6H+ + 6e = Cl- + 3H2O Cl +5 -1

NaClO ClO- + 2H+ 2e = Cl- + H2O Cl +1 -1

NaBiO3 BiO-3 + 6H+ + 2e = Bi+3 + 3H2O Bi +5 +3

Cl2 Cl2 + 2e = 2 Cl- Cl 0 -1

Br2 Br2 + 2e- = 2Cl- Br 0 -1

I2 I2 + 2e = 2I- I 0 -1K2S2O8 S2 O-28 + 2e = 2SO-24 S +7 +6

PbO2 PbO2 + 4H+ 2e = Pb+2 + 2H2O Pb +4 +2



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AGENTES REDUCTORES COMUNESSUSTANCIA ECUACIN IONICA PARCIAL CAMBIO DEL N DE OXIDACIN

H2S

H2S (con oxid. Fuertes)

KI, NH 4I

Na2SO 3 (todas sus sales)

Fe (SO 4) (todas sus sales)

SnC 12

Na 2S2O3 (con oxidantes dbiles)

Na 2S2O3 (con oxidantes fuertes)

H2O2

NO -2

Na3AsO 3

H2C2O4

H2

S-2

= 2S + 2eS-2 + 4H2O = SO-24 + 8H+ + 8e

2I- = L2 + 2e

SO-23 + H2O = SO-24 + 2H+ + 2e

Fe+2 = Fe+3 + e

Sn+2 = Sn+4 + 2e

S2O-23 = S4 6-2 + 2e

S2O-23 + 5H2O = 2SO-24 + 10H+ + 8e

H2O2 = 2H+ + O2 + 2e

NO2 + H2O = NO-3 + 2H+ + 2e

AsO-2 +2H2O = AsO-34 + 4H+ +2e

C2O-24 = 2CO2 + 2e

H2 = 2H+ 2e

Elemento de AS -2 0

S -2 0

I -1 0

S +4 +6

Fe +2 +3

Sn +4 +2

S +2 2

S +2 +6

O -1 0

N +3 +5

As +3 +5

C +3 +4

H 0 +1



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REACCIONES DE OXIDO REDUCCIN

Oxidacin: Es un cambio qumico, en el cual un tomo o grupo de tomospierde electrones. En una ecuacin qumica se nota por el aumentoalgebraico en su estado de oxidacin. Ej. :

Al0 Al 3+Reduccin: Cambio qumico, en el cual un tomo o grupo de tomos ganaelectrones. En una ecuacin qumica se distingue por la disminucin en suestado de oxidacin. Ej. :

Fe2 + Fe0

* Cada salto equivale a un electrn.Prof. Antonio Almonacid Moscoso 11


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Ej. :Si el Al cambia su estado de oxidacin de 0 a 3+, significa que ha perdidotres electrones. En cambio el Fe, que ha variado de 2+ a 0, ha ganado doselectrones.

En una reaccin qumica REDOX, la oxidacin y la reduccin ocurrensimultneamente. El nmero de electrones ganado por un tomo o grupode tomos, es perdido por otro tomo o grupo de tomos. En estasreacciones NO hay produccin ni consumo de electrones, slo haytransferencia.

Los elementos que ceden electrones se oxidan y se llaman reductores.

Los elementos que g anan electrones se reducen y se denominanoxidantes.



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r e duccin

2F e + 3Cl 2 = 2F e 3+ Cl3-1

Oxidacin

Ej:El hie rro e s capaz d e r e accionar con e l cloro d e acu e rdo con lasigui e nte r e accin:

En la e cuacin e l num e ro d e oxidacin d e l Fe cambia d e ce ro a +3y e l de l cloro cambia d e ce ro a 1. como e l tomo d e hie rroaum e nto su num e ro d e oxidacin s e dice qu e s e oxido; El clorodisminuy e su num e ro d e oxidacin, por lo tanto, s e r e du jo.

En la e cuacin e l ag e nte oxidant e e s e l cloro, por s e r la sustanciaqu e causa la o xidacin y como r e sultado su num e ro d e oxidacindisminuy e . El ag e nte r e ductor e s e l hie rro, por s e r la sustancia qu e e f e cta la r e duccin y e n cons e cu e ncia su num e ro d e oxidacinaum e nta.



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EJ :

REACCION: Mg = Mg +2 + 2 e -(pie rde 2e -) = OXIDOO 2 + 2 e - O -2 = (gana2 e -) = REDUCCIN

En e l mom e nto e n qu e e l Mg pie rde sus dos e le ctron e s s e oxida y ae st e proc e so d e llama OXIDACINy por e l contrario e l oxige no

gana e le ctron e s y s e r e duc e lo cual s e llama REDUCCIN.La p e rdida y ganancia d e e le ctron e s e s simultan e o o s e de sarrolla

al mismo ti e mpo: REDOX(r e duccin-o xidacin) al hab e r ganancia ope rdida d e e le ctron e s significa qu e e l num e ro d e oxidacin ovale ncia tambin s e cambia; Pu e s e l Mg m e tlico d e ce ro pasa a +2(pie rde 2 cargas positi vas) y e l o2 de ce ro pasa a A 2 (ganas 2cargas n e gati vas) lo qu e sumados alg e braicam e nte darn c e ro; qu ee s la suma d e las cargas d e un cu e rpo n e utro g e ne ralizandote ndr e mos:



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Elnmero de oxidacin , representa el estado de oxidacin de un tomo.Permite determinar la cantidad de electrones ganados o perdidos en uncambio qumico por un tomo, una molcula o un in. Se determina de lasiguiente manera:

Los iones simples como Na+ , Ca2+ , S2-, etc. , tienen un nmero deoxidacin idntico a su carga ( 1+, 2+, 2-), respectivamente.

Los tomos o molculas de los elementos libres Fe, Cu, O, P4, Cl2, etc. ,tienen nmero de oxidacin 0 (cero), pues no han perdido ni ganadoelectrones.

En diferentes compuestos el H y el O tienen nmero de oxidacin 1+ y

2- respectivamente, excepto en los casos en que el hidrgeno formaparte de los hidruros (NaH, LiH...) y el oxgeno forma perxidos(H2O2...) en ambos casos exhiben nmero de oxidacin 1-; o cuandoreacciona con el fluor.



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El nmero de oxidacin de otros tomos en molculas o ionescomplejos, se establece as:

El nmero de oxidacin de los elementos conocidos como elhidrgeno y oxgeno, se escriben en la parte superior en los lugaresrespectivos. Se multiplica luego por el nmero de tomos (2*4, 1*2)y los productos se escriben en la parte inferior. La suma total de losnmeros de oxidacin de los iones complejos es igual a la carga delion. En una molcula neutra la suma total es cero; por lo tanto, elnmero de oxidacin del tomo problema se calcula as:

1+(2) + X + 2-(4) = 02 + X + 8- = 0X = 8 2X = 6



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El nmero encontrado se divide entre elnmero de tomos problema ( 6/1) y el

resultado es el nmero de oxidacin buscado( en este caso del azufre):

Para saber si un tomo gana o pierde electrones de manera directa se puede tomar como referencia los signos (+) ganancia y (-) prdida deelectrones, para luego plantear la siguiente operacin:



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Entonces:

Ej. :

Pierde seis electrones, entonces hay una oxidacin.Luego:



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Balancear:

Al2 O3 + C + Cl2 CO + AlCl3Se determinan los nmeros de oxidacin para determinar cambios:

Al23+ O32- + C0 + Cl20 C2+O2- + Al3+Cl31-

Se detecta quienes se han oxidado y quienes se han reducido deacuerdo al cambio del nmero de oxidacin:



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Se procede a escribir las ecuaciones inicas:

Se multiplica en las ecuaciones el nmero de electrones por

coeficientes adecuados para que el total de electrones perdidos seaigual al nmero de electrones ganados:



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Se asignan como coeficientes de las sustancias afectadas en laecuacin, los factores que se utilizaron para que el nmero de

electrones sea igual:

Al2 O3 + 3 C + 3 Cl2 3 CO + 2 AlCl3

Se concluye el balanceo por tanteo. En el ejemplo como la ecuacin

ya qued balanceada, no es necesario este proceso.(Nota: Hay modificaciones segn los diversos autores)



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Balancear:

CrI3 + Cl2 + NaOH Na2CrO4 + Na I O4 + NaCl + H2O

(Podemos obviar varios pasos):

En este caso especial tres tomos cambian su valencia:



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Sumamos las ecuaciones (1 ) y (3 ) para hacer una sola ecuacin deoxidacin:

Igualamos la cantidad de electrones multiplicando por los factoresrespectivos: (Por 2 la ec. 4 y por 27 la ec. 5)



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Se puede establecer una ecuacin bsica sumando:

2 CrI3 + 27 Cl2 + NaOH Na2CrO4 + 6 Na I O4 + 54NaCl + H2O

Completando:

2 CrI3 + 27 Cl2 + 64NaOH 2 Na2 CrO4 + 6 Na I O4 + 54NaCl + 32 H2 O

(Verificar)

El proceso de oxidacin-reduccin NO ocurre en las ecuaciones demettesis. Ej:

NaOH + HCl NaCl + H2 O



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EJERCICIOSBalancear por REDOX:

1. Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O

2. NaClO3 +K2SnO2 NaCl +K2SnO3

3. FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2

4. Zn + NaNO3 + NaOH Na2ZnO2 + NH3 + H2O

5. KMnO4 + H2SO4 + H2O2 MnSO4 + O2 +K2SO4



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BALANCE POR IN ELECTRN.Normas Generales:

En este mtodo, cada proceso se plantea por una reaccin parcial osemirreaccin formada por las sustancias que se oxidan o se reducen.Cada una de ellas se balancea de dos maneras:Balance de masa (n de tomos) y balance de carga (n de electrones)utilizndose para ello, coeficientes. La suma algebraica del nmero de

electrones en las semirreacciones es cero y la suma de las masas equivaleala ecuacin total.Se suman algebraicamente las dos semirreacciones, eliminndosepor cancelacin, los trminos que representan electrones y enalgunos casos molcula o iones.

Se introducen los coeficientes en la ecuacin balanceada y luego seajustan por tanteo los coeficientes de las especies que no hanvariado su estado de oxidacin.Se considera que no se ionizan: Los elementos en estado libre(tomos o molculas) y los xidos y sustancias covalentes.



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En Medio cido:

Se debe tener en cuenta adems de las normas generales, las siguientes:El balance de masa en las semirreacciones se ejecuta as: Aadiendo,donde hay defecto de oxgeno, el mismo nmero de molculas de agua; y,en el otro miembro de la ecuacin se colocan iones H+ o protones en unnmero igual al de tomos de hidrgeno existentes en las moles de aguaaadidas.

Cuando el H2O2 acta como oxidante forma a g ua:

H2O2 + 2H+ + 2e- 2H2O

Cuando el H2O2 acta como reductor libera ox g eno:

H2O2 + 2(OH)- 2H2O + O2 + 2e



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Balancear:

Zn + HNO3 NO + Zn(NO3)2 + H2O

Escribimos los nmeros de oxidacin, e identificamos los cambios:

Planteamos las semirreacciones:

Zn0 Zn2+(NO3)- NO0



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Realizamos el balance de masa:Zn0 Zn2(NO3)- + 4H+ NO0 + 2H2O

Ahora balanceamos la carga:Zn0 Zn2+ + 2e-(NO3)- + 4H+ + 3e- NO0 + 2H2O

Igualamos el nmero de electrones:



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Sumamos algebraicamente:

Introducimos los coeficientes encontrados y ajustamos:

y B alanceamos los elementos que no han variado (en este caso no esnecesario):

3 Zn + 8 HNO3 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 H2 O(Verificar)

El zinc se ha oxidado y es el reductor.

El cido ntrico se ha reducido y es el oxidante.Prof. Antonio Almonacid Moscoso 30


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Balancear:MnO2 + HCl Cl2 + MnCl2 + H2O

Escribimos los nmeros de oxidacin y elaboramos las semirreacciones:

(Verificar)

El HCl se ha oxidado y es el reductor.

El MnO2 se ha reducido y es el oxidante.Prof. Antonio Almonacid Moscoso 31


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Balancear:

* Notamos que el nitrgeno no est balanceado ni el hidrgeno, debido aello lo hacemos por tanteo:

2 MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 2 HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2 H2 OProf. Antonio Almonacid Moscoso 32


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Otra forma de plantear una ecuacin es en forma inica:

(MnO)1- + S2- + H+ MnO2 + S0 +H2O

EJERCICIOS

Balancear por Ion Electrn : Medio cido:1.KMnO4 + H2S + HCl MnCl2 + S + KCl + H2O

2.B r2 + SO2 + H2O H B r + H2SO4

3.HNO3 + H2S NO + S + H2O

4.Ca(ClO)2 + KI + HCl I + CaCl2 + H2O + KCl

5.KCl + KMnO4 + H2SO4 MnSO4 + K2SO4 + H2O + Cl2



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Medio Bsico

T ambin se debe tener en cuenta las orientaciones generales, adems delas siguientes:

y Para igualar la masa: Donde hay mayor nmero de oxgeno se aadeigual nmero de agua (moles); en el otro miembro se coloca el doble

de la cantidad de iones (OH)1- en relacin con el nmero de moles deagua. Ej. :

Balancear:

B i2O3 + NaClO + NaOH Na B iO3 + NaCl + H2O



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y Escribimos sus estados de oxidacin e identificamos los cambios sufridos:

y

Planteamos las semiecuaciones respectivas y balanceamos tanto la masacomo las cargas:



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y Igualamos y luego sumamos:

y Introducimos coeficientes:

B i2O3 + 2NaClO + 2NaOH 2Na B iO3 + 2 NaCl + H2O

y En este caso no es necesario complementar con balance por tanteo.

Bi2 O3 +2 NaClO +2 NaOH 2 NaBiO3 +2 NaCl + H2 O

El Bi2 O3 se ha oxidado y es el reductor.

El NaClO se ha reducido y es el oxidante.Prof. Antonio Almonacid Moscoso 36


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Balancear:

NH3 + Na2Cr O4 + H2O + NaCl NaNO3 + CrCl3 + NaOH

y Escribimos los estados de oxidacin e identificamos los cambios:

y Escribimos las semiecuaciones respectivas y balanceamos tanto lamasa como las cargas:

N3+H3 + 6(OH) (NO3)1- + 3 H2O + 8e- (exceso de H)!

(CrO4)2- + 4H2O + 3e- Cr3+ + 8(OH)1-



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Si despus de haber ajustado el nmero de oxgenos resulta un excesode hidrgeno, se aumentar un nmero equivalente degrupos (OH) al

exceso y en el otro miembro se escribirn igual nmero de moles deagua. Este exceso puede existir en el mismo miembro de los (OH) y sesumar; pero si est presente en el otro miembro se restar. Si existieseun exceso de H y O en el mismo miembro, puede escribir un (OH) en elotro miembro, por cada pareja de H y O en exceso, as:



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y Igualamos y luego sumamos:

y Finalmente colocamos los coeficientes respectivos en la ecuacin ynotamos que el NaCl no tiene coeficiente conocido:

3 NH3 + 8 Na2Cr O4 + 14 H2O + X NaCl 3NaNO3 + 8 CrCl3 + 37NaOH

y B alanceamos por tanteo (consideramos el nmero de Cl = 24):

3 NH3 + 8 Na2 Cr O4 + 14 H2 O + 2 4 NaCl 3NaNO3 + 8 CrCl3 + 37 NaOH



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Dualidad oxidante reductoraEj:



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En cambio, en aquella sustancia donde un elemento acta con sumximo numero de oxidacin, no puede oxidarse solo puede reducirse ,entonces solo actuara como a g ente oxidante.Ej:

H2SO4 = el azufre acta con +6 (S = -2,0 + 2, + 4, +6 )

HNO3 = el nitrgeno acta con +5 ( N = -3,0 + 1, +2, +3, +4, +5)

KMnO4 = el manganeso acta con +7 ( Mn = 0, + 2, +3, +4, +6, +7)

K2CrO4 = el cromo acta con +6 (Cr = 0, +2, +3, +6)

K2Cr2O7 = el cromo acta con +6

HClO4 = el cloro acta con +7 (Cl = 1, 0, +1, +3, +5, +7)

HIO4 = el yodo acta con +7 (I = 1, 0, +1, +3, +5, +7)



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EJERCICIOS

Balancear por Ion Electrn: Medio Bsico:

1. Zn + NaNO3 + NaOH Na2(ZnO2) + NH3 + H2O

2. KMnO4 + NH3 KNO3 + MnO2 + KOH + H2O3. Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3

4. Ag2SO3 + Ag B r + H2O


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