5.2: Equilibrar ecuaciones químicas

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Objetivos de aprendizaje

Equilibrar ecuaciones químicas.

¿Cómo se equilibra una ecuación química, comenzando con las fórmulas correctas de los reactivos y productos? Básicamente, se adopta un enfoque de ida y vuelta (o prueba y error), contando el número de átomos de un elemento en un lado, verificando el número de átomos de ese elemento en el otro lado y cambiando un coeficiente si es necesario. Después revisa otro elemento, yendo y viniendo de un lado de la ecuación a otro, hasta que cada elemento tenga el mismo número de átomos a ambos lados de la flecha. En muchos casos, no importa qué elemento se equilibra primero y cuál se equilibra en último lugar, siempre y cuando todos los elementos tengan el mismo número de átomos a cada lado de la ecuación.

A continuación se presentan pautas para escribir y equilibrar ecuaciones químicas.

Determinar las fórmulas químicas correctas para cada reactivo y producto. Escribe la ecuación del esqueleto.
Contar el número de átomos de cada elemento que aparece como reactivo y como producto. Si un ion poliatómico no cambia en ambos lados de la ecuación, cuéntelo como una unidad.
Equilibrar cada elemento uno a la vez colocando coeficientes delante de las fórmulas. No se escribe ningún coeficiente para un 1. Lo mejor es comenzar equilibrando elementos que solo aparecen en una fórmula química a cada lado de la ecuación. NUNCA cambie los subíndices en una fórmula química; solo puede equilibrar ecuaciones usando coeficientes.
Verifique cada átomo o ion poliatómico para asegurarse de que sean iguales en ambos lados de la ecuación.
Asegúrese de que todos los coeficientes estén en la relación más baja posible. Si es necesario, reducir a la relación más baja.

Por ejemplo, para equilibrar la ecuación

Paso 1: Escribe la ecuación del esqueleto con las fórmulas correctas.

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CCl4 + HCl} \label{Eq5}\]

Paso 2: Contar el número de cada átomo o ion poliatómico en ambos lados de la ecuación.

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 1 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 5 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Paso 3: W e encontramos que ambos lados ya están equilibrados con un átomo de carbono. Entonces procedemos a equilibrar los átomos de hidrógeno. Encontramos que el lado reactivo tiene cuatro átomos de hidrógeno, por lo que el lado del producto también debe tener cuatro átomos de hidrógeno. Esto se equilibra poniendo un 4 delante del HCl:

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CCl4 + 4HCl } \label{Eq6}\]

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 4 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 8 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Ahora cada lado tiene cuatro átomos de hidrógeno. El lado del producto tiene un total de ocho átomos de cloro (cuatro de la\(CCl_4\) y cuatro de las cuatro moléculas de HCl), por lo que necesitamos ocho átomos de cloro como reactivos. Debido a que el cloro elemental es una molécula diatómica, necesitamos cuatro moléculas de cloro para obtener un total de ocho átomos de cloro. Agregamos otros 4 frente al reactivo Cl ₂:

\[\ce{CH4 + 4Cl2 \rightarrow CCl4 + 4HCl } \label{Eq7}\]

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 4 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 8 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 8 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Paso 3: Ahora comprobamos: cada lado tiene un átomo de carbono, cuatro átomos de hidrógeno y ocho átomos de cloro. La ecuación química está equilibrada. Y, los coeficientes están en la relación más baja posible.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

Se mezclan soluciones acuosas de nitrato de plomo (II) y cloruro de sodio. Los productos de la reacción son una solución acuosa de nitrato de sodio y un precipitado sólido de cloruro de plomo (II). Escribe la ecuación química equilibrada para esta reacción.

Solución

Paso 1: Escribe la ecuación del esqueleto con las fórmulas correctas.

\[\ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{NaCl} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbCl_2} \left( s \right)\]

Paso 2: Contar el número de cada átomo o ion poliatómico en ambos lados de la ecuación.

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} & 1 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} \\ 1 \: \ce{Na} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Na} \: \text{atom} \\ 1 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Paso 3: Resolver. Los iones nitrato y los átomos de cloro están desequilibrados. Comience colocando un 2 delante del\(\ce{NaCl}\). Esto aumenta los recuentos de reactivos a 2\(\ce{Na}\) átomos y 2\(\ce{Cl}\) átomos. Después coloca un 2 frente a la\(\ce{NaNO_3}\). El resultado es:

\[\ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) + 2 \ce{NaCl} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NaNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbCl_2} \left( s \right)\]

Paso 4: El nuevo conteo para cada átomo e ion poliatómico se convierte en:

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} & 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Na} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Na} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Paso 5: Piensa en el resultado.

La ecuación ahora está equilibrada ya que hay números iguales de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación. Y, los coeficientes están en la relación más baja posible.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

La fermentación es un proceso bioquímico que permite que las células de levadura vivan en ausencia de oxígeno. Los humanos la han explotado durante siglos para producir vino y cerveza y hacer subir el pan. En la fermentación, azúcares como la glucosa (C ₆ H ₁₂ O ₆) se convierten en etanol (C ₂ H ₅ OH) y dióxido de carbono CO ₂. Escribir una reacción química equilibrada para la fermentación de la glucosa.

Uso comercial de la fermentación. a) Se utilizan cubas de microcervecería para preparar cerveza. b) La fermentación de glucosa por células de levadura es la reacción que hace posible la producción de cerveza.

Responder: C ₆ H ₁₂ O ₆ (s) → 2C ₂ H ₅ OH (l) + 2CO ₂ (g)