Semana 05. Reacciones Acuosas y Estequiometria de Disoluciones

REACCIONES EN DISOLUCIÓN ACUOSA

SEMANA V

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Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias

La sustancia presente en mayor cantidad se conoce como disolvente

Las demás sustancias de la disolución se conocen como solutos

Se dice que los solutos están disueltos en el disolvente

PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES ACUOSAS

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Una sustancia cuyas disoluciones acuosas contienen iones, se conocen como electrolito

NaCl (ac) Na1+ (ac) + Cl1- (ac)

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Una sustancia que no forma iones en disolución, se conoce como no electrolito

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ÁCIDOS

Los ácidos son sustancias que se ionizan en disoluciones acuosas para formar iones hidrógeno, por lo que incrementan la concentración de iones H+ (ac)

HCl (ac) H1+ (ac) + Cl1- (ac)

La flecha en UNA dirección indica la ionización de un electrolito fuerte

CH3COOH (ac) CH3COO1- (ac) + H1+ (ac)

La flecha en AMBAS direcciones indica la ionización de un electrolito débil

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BASES

Son sustancias que aceptan (reaccionan con) iones H1+

Las bases producen iones hidróxido (OH1-) cuando se disuelven en agua

NaOH (ac) Na1+ (ac) + OH1- (ac)

NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH- (ac)

La flecha en UNA dirección indica la ionización de un electrolito fuerte

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ÁCIDOS Y BASES FUERTES

ÁCIDOS FUERTES BASES FUERTES

HCl

Hidróxidos de metales del Grupo IA

(LiOH, NaOH, KOH, RbOH)

HBr

HI

HClO3

Hidróxidos de metales pesados del Grupo 2A

Ca(OH)2 – Sr(OH)2 – Ba(OH)2

HClO4

HNO3

H2SO4

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RESUMEN DEL COMPORTAMIENTO ELECTROLÍTICO DE SUSTANCIAS SOLUBLES COMUNES

Compuesto Electrolito fuerte

Electrolito débil No electrolito

Iónico TODOSSolubles INSOLUBLES NINGUNO

Molecular Ácidos fuertesÁcidos débiles

Bases débiles

Todos los demás

compuestos

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REACCIONES DE INTERCAMBIO (METÁTESIS)

Las reacciones en las que los iones positivos y negativos parecen intercambiar compañeros, se conocen como REACCIONES DE

INTERCAMBIO, y conforman la siguiente ecuación general:

AX + BY AY + BX

AgNO3 (ac) + KCl(ac) AgCl(s) + KNO3(ac)

Las reacciones de precipitación y las ácido-base cumplen con este patrón

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PASOS PARA COMPLETAR Y BALANCEAR UNA ECUACIÓN DE METÁTESIS

Utilice las fórmulas químicas de los reactivos para determinar los iones presentes

Escriba las fórmulas químicas de los productos, combinando el catión de un reactivo con el anión de otro (UTILICE LAS CARGAS DE LOS IONES PARA DETERMINAR LOS SUBÍNDICES DE LAS FÓRMULAS QUÍMICAS)

Por último balancee la reacción

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REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

Son las que dan como resultado un producto sólido (insoluble) llamado precipitado

Pb(NO3)2 (ac) + 2KI (ac) PbI2 (s) + 2KNO3 (ac)

Para predecir si ciertas combinaciones de iones forman compuestos insolubles, se deben considerar algunas reglas o patrones relacionadas con los compuestos iónicos comunes

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REGLAS DE SOLUBILIDAD DE ALGUNOS COMPUESTOS IÓNICOS COMUNES EN AGUA

Compuestos iónicos solubles (ACUOSOS)

Excepciones importantes

Compuestos que contiene NO3 1- Ninguna

CH3COO 1- Ninguna

Cl 1- Compuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+

Br 1- Compuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+

I 1- Compuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+

SO4 2- Compuestos de Sr2+, Ba2+, Hg2

2+ y

Pb2+

Compuestos iónicos insolubles (SOLIDOS)

Excepciones importantes

Compuestos que contienenS2-

Compuestos de NH4+, los cationes

de metales alcalinos, y Ca2+, Sr2+ y Ba2+

CO32- Compuestos de NH4

+, los cationes

de metales alcalinos

PO43- Compuestos de NH4

+, los cationes

de metales alcalinos

OH 1-

Compuestos de cationes de metales alcalinos, y NH4

+, Ca2+,

Sr2+ y Ba2+

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EJEMPLOS DE REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

BaCl2(ac) + K2SO4 (ac) BaSO4 (s) + 2KCl(ac)

Fe2(SO4)3 (ac) + 6LiOH (ac) 2Fe(OH)3 (s) + 3Li2SO4 (ac)

CaCl2 (ac) + Na2CO3 (ac) CaCO3 (s) + 2NaCl (ac)

ECUACIONES MOLECULARES

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REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN

Son llamadas también reacciones ácido-base

Ocurren cuando se mezclan un ácido y una base

En general una reacción de neutralización entre un ácido y una base (hidróxido metálico), produce agua y sal

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

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EJEMPLOS DE REACCIONES ÁCIDO-BASE

2HBr (ac) + Ca(OH)2 CaBr2 (ac) + 2H2O (l)

HCl (ac) + NH4OH (ac) NH4Cl (ac) + H2O (l)

H2SO4 (ac) + 2KOH (ac) K2SO4 (ac) + 2H2O (l)

ECUACIONES MOLECULARES

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Una ecuación donde se muestran las fórmulas químicas completas de los reactivos y productos, se conoce como ECUACIÓN MOLECULAR


Una ecuación escrita de forma que todos los electrólitos fuertes solubles son mostrados como iones, se conoce como ECUACIÓN IÓNICA COMPLETA

Pb2+(ac) + 2NO3-(ac) + 2K+(ac) + 2I-(ac)

PbI2 (s) + 2K+(ac) + 2NO3-

(ac)

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Cuando los iones aparecen en forma idéntica tanto en los reactivos como en los productos, de una ecuación iónica completa, se conocen como iones espectadores

Cuando los iones espectadores se omiten en la ecuación (cancelan, como las cantidades algebraicas), nos quedamos con la ECUACIÓN IÓNICA NETA

Pb2+(ac) + 2I-(ac) PbI2 (s)

SI CADA ION DE UNA ECUACIÓN IÓNICA COMPLETA ES UN ESPECTADOR, ENTONCES NO

OCURRE REACCIÓN ALGUNA

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Pb2+(ac) + 2NO3-(ac) + 2K+(ac) + 2I-(ac)

PbI2 (s) + 2K+(ac) + 2NO3-

(ac)

Pb2+(ac) + 2I-(ac) PbI2 (s)

ECUACION MOLECULAR

ECUACION IONICA COMPLETA

ECUACION IONICA NETA

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NÚMEROS DE OXIDACIÓN

1. Para un átomo en su forma elemental, el número de oxidación siempre es cero

2. Para cualquier ion monoatómico, el número de oxidación es igual a la carga del ion

3. Los no metales generalmente tienen números de oxidación negativos, aunque algunas veces pueden ser positivos:

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I. El número de oxidación del oxígeno normalmente es -2, tanto en compuestos iónicos como moleculares

II. El número de oxidación del hidrógeno por lo general es +1, cuando se une con no metales, y -1 cuando se une con metales

III. El número de oxidación del flúor es -1 en todos los compuestos

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4. La suma de los números de oxidación de todos los átomos de un compuestos neutro es cero. La suma de los número de oxidación de un ion poliatómico es igual a la carga del ion

MnO41-

X + 4(-2) = -1

X – 8 = -1

X = -1 + 8

X = +7

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REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN

En las reacciones de oxidación – reducción los electrones se transfieren entre los reactivos

Los metales pierden electrones para formar cationes

Cuando un átomo, ion o molécula adquiere una carga positiva (pierde electrones), se dice que se OXIDA

Na (s) Na1+ (ac)

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Los no metales ganan electrones para formar aniones

Cuando un átomo, ion o molécula adquiere una carga más negativa (gana electrones), se dice que se REDUCE

Cl2 (g) 2Cl 1- (ac)

Combinando las ecuaciones anteriores:

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

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

Semiecuación de oxidación

2Ca (s) 2Ca2+ (ac) , el calcio se oxida

AGENTE REDUCTOR

Semiecuación de reducción

O2 (g) 2O2- (ac), el oxígeno se reduce

AGENTE OXIDANTE

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OXIDACIÓN DE METALES POR MEDIO DE ÁCIDOS Y SALES Estas reacciones se conocen como

reacciones de desplazamiento

Siguen el siguiente patrón:

A + BX AX + B

Zn (s) + 2 HBr (ac) ZnBr2 (ac) + H2 (g)

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

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

Mg (s) + 2H1+ (ac) + 2Cl1- (ac) Mg2+(ac) + 2Cl1-(ac) + H2 (g)

Mg (s) + 2H1+ (ac) Mg2+(ac) + H2 (g)

0 2+

1+ 0

Li> Rb> K> Ba> Ca> Na> Mg> Al> Mn> Zn> Cr> Fe> Cd> Co> Ni> Sn> Pb> H2> Cu> Ag> Hg> Pt> Au

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SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES

Lista donde los metales se encuentran ordenados decrecientemente de su facilidad de oxidación

Cualquier metal de la lista puede ser oxidado por los iones de los elementos que se encuentren debajo de él


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

2Al(s) + 6HBr(ac) 2AlBr3(ac) + 3H2(g)

Mg(s) + CoSO4(ac) MgSO4(ac) + Co(s)

Ag(s) + HCl(ac) No hay reacción


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CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES

Concentración se utiliza para designar la cantidad de soluto disuelta en una cantidad dada de disolvente o cantidad de disolución

Molaridad (M): expresa la concentración de una disolución como el número de moles de soluto en un litro de disolución

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Calcule la molaridad de una disolución que se preparó disolviendo 23.4 g de sulfato de sodio (Na2SO4) en suficiente agua, para formar 125mL de disolución

1. Calcular la Masa Molar (142.1 g/mol)

2. Convertir de gramos a moles

3. Convertir de mL a litros

4. Aplicar la fórmula de molaridad

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2. CONVERTIR DE GRAMOS A MOLES

Moles de Na2SO4 =

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3. CONVERTIR LOS MILILITROS A LITROS

Litros de disolución

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4. APLICAR FÓRMULA DE MOLARIDAD

Molaridad =

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DILUCIÓN

Las disoluciones que se utilizan rutinariamente en el laboratorio generalmente se compran o preparan de forma concentrada, y se conocen como disoluciones en existencia o stock

El ácido clorhídrico se compra como una disolución 12 M (HCl concentrado)

Las disoluciones de menor concentración pueden obtenerse agregando agua, un proceso llamado dilución

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¿Cuántos mL de H2SO4 3.0 M se necesitan para preparar 450 mL de H2SO4 0.10 M?

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