5.2: Equilibrar ecuaciones químicas

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Como se señaló anteriormente, una ecuación química equilibrada muestra el mismo número de cada tipo de átomo en ambos lados de la ecuación. El proceso de equilibrio de ecuaciones químicas es un ejercicio importante en química y se aborda aquí.

Consideremos un ejemplo sencillo de equilibrar una ecuación química, la reacción del metano, CH ₄, con cloro elemental, Cl ₂, para producir diclorometano, CH _{2 Cl ₂}, un importante disolvente de laboratorio, y el subproducto cloruro de hidrógeno, HCl. La ecuación química desequilibrada es

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CH2Cl2 + HCl}\]

La inspección de esta ecuación tal como está escrita muestra que no está balanceada porque tiene 4 H a la izquierda, sino solo 3 a la derecha y 2 Cl a la izquierda, sino 3 Cl a la derecha. Para equilibrar tal ecuación, considere un elemento a la vez. El carbono ya está equilibrado, por lo que es mejor evitar cambiar cualquiera de los números frente a los compuestos que contienen C. La ecuación se puede equilibrar para H poniendo un 2 delante de HCl:

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CH2Cl2 + 2HCl}\]

Ahora todo está equilibrado excepto Cl, de los cuales hay 4 a la derecha, pero apenas 2 a la izquierda.Colocar un 2 delante de Cl, da los 4 Cl requeridos a la izquierda:

\[\ce{CH4 + 2Cl2 \rightarrow CH2Cl2 + 2HCl}\]

Esta ecuación ahora se equilibra con 1 C, 4 Hs y 4 Cl tanto a la izquierda como a la derecha.

Algo crucial para recordar al equilibrar una ecuación química es que las fórmulas químicas no deben ser alteradas. Solo se pueden cambiar los números relativos de reactivos y especies de productos.

A continuación considere la reacción del metano, CH ₄, con óxido de hierro, Fe ₂ O ₃, para dar hierro metálico, Fe, dióxido de carbono, CO ₂, y agua, H ₂ O. La ecuación desequilibrada es

\[\ce{CH4 + Fe2O3 \rightarrow Fe + CO2 + H2O}\]

En este caso es útil señalar que CH ₄ es la única fuente tanto de C como de H y que deben aparecer 4 veces más átomos de H que átomos de C en los productos. Eso significa que por cada CO ₂ debe haber 2 H ₂ Os. Tanto C como H están equilibrados en lo siguiente:

\[\ce{CH4 + Fe2O3 \rightarrow Fe + CO2 + 2H2O}\]

Pero ahora O no está equilibrado. Además, el 3 Os en Fe ₂ O ₃ significa que el número de átomos de O debe ser divisible por 3, así que intente multiplicar las tres especies equilibradas hasta ahora —CH ₄, CO ₂ y 2H ₂ O— por 3:

\[\ce{3CH4 + Fe2O3 \rightarrow Fe + 3CO2 + 6H2O}\]

Eso da un total de 12 átomos de O a la derecha, 6 cada uno en 3 CO ₂ y 6 H ₂ O. Tomando 4 veces Fe ₂ O ₃ da 12 Os a la izquierda:

\[\ce{3CH4 + 4Fe2O3 \rightarrow Fe + 3CO2 + 6H2O}\]

La única especie que queda por equilibrar es el Fe, que se puede equilibrar poniendo 8 frente a Fe a la derecha. La ecuación equilibrada es

\[\ce{3CH4 + 4Fe2O3 \rightarrow 8Fe + 3CO2 + 6H2O}\]

Al verificar la respuesta se muestra tanto a la izquierda como a la derecha 3 C, 8 Fe, 12 H y 12 O demostrando que la ecuación de hecho está equilibrada.

Ejercicio: Equilibrar lo siguiente:

1. \(\ce{Fe2O3 + CO \rightarrow Fe + CO2}\)

2. \(\ce{FeSO4 + O2 + H2O \rightarrow Fe(OH)3 + H2SO4}\)

3. \(\ce{C2H2 + O2 \rightarrow CO2 + H2O}\)

4. \(\ce{Mg3N2 + M2O \rightarrow Mg(OH)2 + NH3}\)

5. \(\ce{NaAlH4 + H2O \rightarrow H2 + NaOH + Al(OH)3}\)

6. \(\ce{Zn(C2H5)2 + O2 \rightarrow ZnO + CO2 + H2O}\)

Respuestas: (1)\(\ce{Fe2O3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO2}\), (2)\(\ce{4FeSO4 + O2 + 10H2O \rightarrow 4Fe(OH)3 + 4H2SO4}\), (3)\(\ce{2C2H2 + 5O2 \rightarrow 4CO2 + 2H2O}\), (4)\(\ce{Mg3N2 + 6H2O \rightarrow 3Mg(OH)2 + 2NH3}\) (5)\(\ce{NaAlH4 + 4H2O \rightarrow 4H2 + NaOH + Al(OH)3}\), (6)\(\ce{Zn(C2H5)2 + 7O2 \rightarrow ZnO + 4CO2 + 5H2O}\)