UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO

Departamento Académico de Ciencias

Química General

Miguel RAMIREZ GUZMAN

Balanceo de ecuaciones químicas.

• Sin variación de estados de oxidación

• Con variación de estados de oxidación

Contenido:

2

Balanceo de Ecuaciones Químicas.

Balancear una ecuación química es igualar el número y clase de átomos, iones o moléculas reactantes con los productos, con la finalidad de cumplir la ley de conservación de la masa. Para conseguir esta igualdad se utilizan los coeficientes estequiométricos, que son números grandes que se colocan delante de los símbolos o fórmulas para indicar la cantidad de elementos o compuestos que intervienen en la reacción química. No deben confundirse con los subíndices que se colocan en los símbolos o fórmulas químicas, ya que estos indican el número de átomos que conforman la sustancia.

3

Para balancear una ecuación química, se debe considerar lo siguiente:

Conocer las sustancias reaccionantes y productos.

Los subíndices indican la cantidad del átomo indicado en la molécula.

Los coeficientes afectan a toda la sustancia que preceden.

El hidrógeno y el oxígeno se equilibran al final, porque generalmente forman agua (sustancia de relleno). Esto no altera la ecuación, porque toda reacción se realiza en solución acuosa o produce sustancias que contienen agua de cristalización.

4

Tenemos diferentes métodos que se utilizan según convengan, de acuerdo al tipo de reacción, las cuales pueden ocurrir:

Sin cambio de estados de oxidación en ningún elemento reaccionante: Ensayo y Error o Tanteo. Mínimo Común Múltiplo. Coeficientes Indeterminados o Algebraico.

Algunos elementos cambian su valencia: REDOX Ion Electrón o Semirreacción: En medio ácido o básico.

Métodos para balancear ecuaciones:

5

1. Balanceo por tanteo: Se emplea para balancear ecuaciones sencillas. Se realiza al “cálculo” tratando de igualar ambos miembros. Para ello utilizaremos el siguiente ejemplo:

Balancear: N2 + H2 NH3

  Identificamos las sustancias que intervienen en la

reacción. En este caso el nitrógeno y el hidrógeno para obtener amoniaco.

Se verifica si la ecuación está balanceada o no. En este caso notamos que ambos miembros no tienen la misma cantidad de átomos, por lo tanto no está balanceada.

6

7

Se balancea la ecuación colocando coeficientes delante de las fórmulas o símbolos que los necesitan. Empezar con los elementos metálicos o por el que se encuentra presente en menos sustancias:

Primero balanceamos el nitrógeno:

El hidrógeno y oxígeno quedarán para el final. Seguidamente balanceamos el hidrógeno:

N2 + H2 2 NH3

N2 + 3 H2 2 NH3.

Si un coeficiente no es entero, entonces se debe multiplicar todos por el mayor de los denominadores. En este caso no ocurre.

8

Balancear:

Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O

Primero balanceamos el metal aluminio:

2 Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O

Luego seguimos con el azufre:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O

Finalmente continuamos con el hidrógeno, el oxígeno resulta balanceado automáticamente:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O

9

Ejercicios

1. Fe + HCl FeCl3 + H2

 2. H2SO4 + Ca3 (PO4 )2 CaSO4 + H3PO4  3. CO2 + H2O C6H12O6 + O2

 4. C3H8 + O2 CO2 + H2O 5. CaCO3 CaO + CO2

6. CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O

7. H2O2 H2O + O2

8. SO2 + O2 SO3

10

2. Balanceo por el mínimo común múltiplo:

Balancear:

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 CaSO4 + H3PO4

Se obtiene el número total de oxidación de los radicales poliatómicos:

(SO4)-2 = 2 ; (PO4)2-3 = 6 ; (PO4)-3 = 3

Se escriben los números de oxidación totales de los radicales, debajo de cada compuesto que los contiene:

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 CaSO4 + H3PO4

2 6 2 3

11

Se halla el MCM de los números que indican los estados de oxidación, en este caso el MCM es 6; luego se divide entre cada uno de ellos:

6/2 = 3 ; 6/6 = 1 ; 6/2 = 3 ; 6/3 = 2

Estos cocientes son los correspondientes coeficientes de los compuestos de la ecuación, así :

3 H2SO4 + Ca3(PO4 )2 3 CaSO4 + 2 H3PO4

12

Balancear:

AlCl3 + KOH Al(OH)3 + KCl

Escribimos los números de oxidación de los radicales halogénicos y básicos:

Cl31- = 3 ; (OH)1- = 1 ; (OH)3

1- = 3 ; Cl1- = 1

Entonces:

AlCl3 + KOH Al(OH)3 + KCl 3 1 3 1

Como el MCM es 3, dividiendo obtenemos: 1 ; 3 ; 1 ; 3. Luego la ecuación balanceada será:

AlCl3 + 3 KOH Al(OH)3 + 3 KCl

13

Ejercicios

Balancear por el Mínimo Común Múltiplo:

1. FeCl3 + K4 [ Fe(CN)6 ] Fe4 Fe(CN)63 + KCl 2. H2SO4 + AlCl3 Al2(SO4)3 + HCl 3. CuCl2 + H2S CuS + HCl 4. Cu(NO3)2 + H2SO4 HNO3 + CuSO4

 5. BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + NaCl

14

3. Balance por coeficientes indeterminados:Denominado también método algebraico. Se trata de un método verdaderamente algebraico que se utiliza para balancear cualquier ecuación química. Las reglas para su aplicación las veremos con el siguiente ejemplo:

Balancear:

KOH + Cl2 KCl + KClO3 + H2O

Se asignan coeficientes literales a cada uno de los elementos o compuestos presentes, así:

a KOH + b Cl2 c KCl + d KClO3 + e H2O

Se igualan las cantidades de las sustancias reactantes con las sustancias del producto, mediante sus coeficientes, resultando una cantidad de ecuaciones equivalente a la cantidad de variables literales; así:

15

K a = c + d (1)

O a = 3d + e (2)

H a = 2e (3)

Cl 2b = c + d (4)Si faltara una ecuación, se da un valor numérico a una sola de las variables; si faltaran dos variables, se asignarían dos valores para dos variables. En este caso, se escoge la ecuación más simple y se le asigna un valor numérico a una incógnita; es aconsejable darle el valor 1, así:

En (3) e =1 ; luego a = 2e a = 2

a KOH + b Cl2 c KCl + d KClO3 + e H2O

16

Substituyendo valores en (2)

2 = 3d + 1 2 – 1 = 3d 1 = 3d d = 1/3

Substituyendo valores en (1)

2 = C + 1/3 C = 5/3

Substituyendo valores en (4)2b = 5/3 +1/3 2b = 6/3 b = 2/2 b = 1Cuando hay valores fraccionarios se prefiere eliminar los denominadores, multiplicando por el denominador apropiado ( en este caso por 3) :

a = 2 * 3 = 6 b = 1 * 3 = 3

c = 5/3 * 3 = 5

d = 1/3 * 3 = 1

e = 1 * 3 = 3

17

La ecuación balanceada será :

6 KOH + 3 Cl2 5 KCl + KClO3 + 3 H2O

Balancear:

K2Cr2O7 + HCl KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O

Escribimos los coeficientes incógnita:

a K2Cr2O7 + b HCl c KCl + d CrCl3 + e Cl2 + f H2O

Igualamos las cantidades de las sustancias en ambos miembros:

K 2 a = c (1) Cr 2a = d (2) O 7a = f (3)

Cl b = c + 3d + 2 e (4) H b = 2f (5)

18

Reemplazando valores se tiene:

Si a = 1 c = 2 (en 1), d = 2 (en 2) ; f = 7 ( en 3);  b = 14 ( en 5); e = 3 ( en 4)

Escribimos los coeficientes encontrados:

K2Cr2O7 + 14 HCl 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O

19

Ejercicios

Balancear por coeficientes indeterminados:

1. H2SO4 + HBr SO2 + H2O + Br2

 2. H2 SO4 + NaCl + MnO2 H2O + NaHSO4 + MnSO4 + Cl2

 3. HgS + HCl + HNO3 H2HgCl4 + NO + S + H2O 4. CuS + HNO3 Cu(NO3) 2 + NO + S + H2O

5. H2SO4 + C H2O + SO2 + CO2

6. HCl + MnO2 MnCl2 + H2O + Cl2

7. Ag + HNO3 NO + H2O + AgNO3

8. CuFeS2 + O2 SO2 + CuO + FeO

20

4. Balance REDOX:

Recordemos:Oxidación: Es un cambio químico, en el cual un átomo o grupo de átomos pierde electrones. En una ecuación química se nota por el aumento algebraico en su estado de oxidación.

Al0 Al 3+

Reducción: Cambio químico, en el cual un átomo o grupo de átomos gana electrones. En una ecuación química se distingue por la disminución en su estado de oxidación.

Fe2+ Fe0

21

En una reacción química REDOX, la oxidación y la reducción ocurren simultáneamente. El número de electrones ganado por un átomo o grupo de átomos, es perdido por otro átomo o grupo de átomos. En estas reacciones NO hay producción ni consumo de electrones, sólo hay transferencia.

Los elementos que ceden electrones se oxidan y se llaman agentes reductores.Los elementos que ganan electrones se reducen y se denominan agentes oxidantes.

22

Balancear:

Al2 O3 + C + Cl2 CO + AlCl3

Se determinan los números de oxidación para determinar cambios:

Al23+

O32-

+ C0 + Cl20

C2+O2- + Al3+Cl31-

Se detecta quienes se han oxidado y quienes se han reducido de acuerdo al cambio del número de oxidación:

Al23+

O32-

+ C0 + Cl20

C2+O2- + Al3+Cl31-

Se procede a escribir las ecuaciones iónicas:

C0 C2+ (se oxida en 2)3 Cl2

0 2 Cl31- (se reduce en 6)

23

Se multiplica en las ecuaciones el número de electrones por coeficientes adecuados para que el total de electrones perdidos sea igual al número de electrones ganados:

3 x C0 C2+

1 x 3 Cl20 2 Cl3

1-

3 C0 3 C2+

3 Cl20 2 Cl3

1-

Se asignan como coeficientes de las sustancias afectadas en la ecuación, los factores que se utilizaron para que el número 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 ecuación ya quedó balanceada, no es necesario este proceso.

24

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

Cr3+I31- + Cl2

0 + NaOH Na2Cr6+O4 + Na I7+ O4 + NaCl1- + H2O

reduce

oxida

En este caso especial tres átomos cambian su valencia:

Cr3+ Cr6+ (1) Cl2

0 2 Cl1- (2) I3

1- 3 I7+ (3)

Sumamos las ecuaciones (1 ) y (3 ) para hacer una sola ecuación de oxidación:

Cr3+ + I31- Cr6+ + 3 I7+

Cl20 2 Cl1-

25

Igualamos la cantidad de electrones multiplicando por los factores respectivos:

2 Cr3+ + 2 I31- 2 Cr6+ + 6 I7+

27 Cl20 54 Cl1-

Se puede establecer una ecuación sumando:

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

Completando:

2 CrI3 + 27 Cl2 + 64NaOH 2Na2CrO4 + 6 Na I O4 + 54NaCl + 32H2O

26

Ejercicios

Balancear 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

6. Ca3(PO4)2 + H2SO4 + H2O Ca(H2PO4)2 + CaSO4. 2H2O

7. HCl + MnO2 MnCl2 + H2O + Cl2

8. Ag + HNO3 NO + H2O + AgNO3

27

5. Balance por ión electrón:

En este método, cada proceso se plantea por una reacción parcial o semirreacción formada por las sustancias que se oxidan o se reducen. Cada una de ellas se balancea de dos maneras: Balance de masa (nº de átomos) y balance de carga (nº de electrones) utilizándose para ello, coeficientes. La suma algebraica del número de electrones en las semirreacciones es cero y la suma de las masas equivale a la ecuación total.

Se suman algebraicamente las dos semirreacciones, eliminándose por cancelación, los términos que representan electrones y en algunos casos molécula o iones.

28

Se introducen los coeficientes en la ecuación balanceada y luego se ajustan por tanteo los coeficientes de las especies que no han variado su estado de oxidación.

Se considera que no se ionizan: Los elementos en estado libre (átomos o moléculas) y los óxidos y sustancias covalentes.

Se presentan dos casos de balanceo por el método del ion electrón: En medio ácido y en medio básico.

29

1. En medio ácido.- Se debe tener en cuenta además de las normas generales, las siguientes:

El balance de masa en las semirreacciones se ejecuta así: Añadiendo, donde hay defecto de oxígeno, el mismo número de moléculas de agua; y, en el otro miembro de la ecuación se colocan iones H+ o protones en un número igual al de átomos de hidrógeno existentes en las moles de agua añadidas.

Cuando el H2O2 actúa como oxidante forma agua: H2O2 + 2H+ + 2e- 2H2O Cuando el H2O2 actúa como reductor libera oxígeno: H2O2 + 2(OH)- 2H2O + O2 + 2e-

30

Balancear:

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

Escribimos los números de oxidación, e identificamos los cambios:

Zn0 + H+(NO3)1- NO0 + Zn2+(NO3)2

1- + H2O

Planteamos las semirreacciones:

Zn0 → Zn2+

(NO3)- → NO0

Realizamos el balance de masa:

Zn0 → Zn2

(NO3)- + 4H+ NO0 + 2H2O

31

Ahora balanceamos la carga:

Zn0 → Zn2+ + 2e-

 (NO3)- + 4H+ + 3e- NO0 + 2H2O

Igualamos el número de electrones:3 x [Zn0 → Zn2+ + 2e-]

2 x [(NO3)- + 4H+ + 3e- NO0 + 2H2O]

3Zn0 → 3Zn2+ + 6e-

2(NO3)- + 8H+ + 6e- 2NO0 + 4H2O

Sumamos algebraicamente:

3Zn0 + 2(NO3)- + 8H+ + 6e- 3Zn2+ + 6e- + 2NO0 + 4H2O

32

Introducimos los coeficientes encontrados y ajustamos:

3Zn0 + 2(NO3)- + 8H+ 3Zn2+ + 2NO0 + 4H2O

8 HNO3

Balanceamos los elementos que no han variado (en este caso no es necesario):

3 Zn + 8 HNO3 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

El zinc se ha oxidado y es el agente reductor.El ácido nítrico se ha reducido y es el agente oxidante.

33

Balancear: MnO2 + HCl Cl2 + MnCl2 + H2O

Escribimos los números de oxidación y elaboramos las semirreacciones:

Mn4+O2 Mn2+ Cl1- Cl2

0

Realizamos el balance de masa:

Mn4+O2 + 4 H+ Mn2+ + 2 H2O 2 Cl1- Cl2

0

Balanceando la carga:

Mn4+O2 + 4 H+ + 2 e- Mn2+ + 2 H2O 2 Cl1- Cl2

0 + 2 e-

34

Mn4+O2 + 4 H1+ + 2 Cl1- Mn2+ + Cl20 + 2 H2O

MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

El HCl se ha oxidado y es el agente reductor.El MnO2 se ha reducido y es el agente oxidante.

Sumando las dos semiecuaciones:

4 HCl

Regresando a la ecuación inicial con los coeficientes determinados:

35

Ejercicios

Balancear por Ion Electrón : Medio Ácido:

1. KMnO4 + H2S + HCl → MnCl2 + S + KCl + H2O  2. Br2 + SO2 + H2O → HBr + 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

36

2. Medio básico.- También se debe tener en cuenta las orientaciones generales, además de las siguientes:

Para igualar la masa: Donde hay mayor número de oxígeno, se añade igual número de agua (moles) que el número de oxígenos que faltan; en el otro miembro se coloca el doble de la cantidad de iones (OH)1- en relación con el número de moles de agua.

Balancear:

Bi2O3 + NaClO + NaOH NaBiO3 + NaCl + H2O

Escribimos sus estados de oxidación e identificamos los cambios sufridos:

Bi23+O3

2- + Na1+(ClO)1- + Na+(OH)1- Na+(BiO3)1- + NaCl1- + H2O

37

Planteamos las semiecuaciones:

Bi23+O3

2- (BiO3)1-

(ClO)1- Cl1-

Balanceamos la masa:

Bi23+O3

2- + 6 (OH)1- 2 (BiO3)1- + 3 H2O (ClO)1- + H2O Cl1- + 2 OH1-

Balanceamos la carga:

Bi23+O3

2- + 6 (OH)1- 2 (BiO3)1- + 3 H2O + 4 e- (ClO)1- + H2O + 2 e- Cl1- + 2 OH1-

Igualamos el número de electrones en ambos miembros:

Bi23+O3

2- + 6 (OH)1- 2 (BiO3)1- + 3 H2O + 4 e- 2 x [(ClO)1- + H2O + 2 e- Cl1- + 2 OH1-]

38

Bi23+O3

2- + 6 (OH)1- 2 (BiO3)1- + 3 H2O + 4 e-

2 (ClO)1- + 2 H2O + 4 e- 2 Cl1- + 4 OH1-

Bi23+O3

2- + 2(OH)1- + 2(ClO)1- 2 (BiO3)1- + 2Cl1- + H2O

Introducimos los coeficientes:

Bi2O3 + 2NaClO + 2NaOH 2NaBiO3 + 2NaCl + H2O

Eliminando el número de electrones y sumando:

39

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

Escribimos los estados de oxidación e identificamos los cambios:

N3+H3 + Na2(Cr O4)2- + H2O + NaCl Na(NO3)1- + Cr3+Cl3 + NaOH

Escribimos las semiecuaciones:

N3+H3 (NO3)1-

(CrO4)2- Cr3+

Balanceamos respecto a la masa:

N3+H3 + 6 (OH)1- (NO3)1- + 3 H2O (excesso de H)!(CrO4)2- + 4 H2O Cr3+

+ 8 (OH)-

40

Balanceamos respecto a la carga:

N3+H3 + 9 (OH)1- (NO3)1- + 3 H2O + 8 e-

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

Si después de haber ajustado el número de oxígenos resulta un exceso de hidrógeno, se aumentará un número equivalente de grupos (OH) al exceso y en el otro miembro se escribirán igual número de moles de agua. Este exceso puede existir en el mismo miembro de los (OH) y se sumará; pero si está presente en el otro miembro se restará. Si existiese un exceso de H y O en el mismo miembro, puede escribir un (OH) en el otro miembro, por cada pareja de H y O en exceso.

41

3 x [N3+H3 + 9(OH) (NO3)1- + 6H2O + 8e-]

8 x [(Cr O4)2- + 4H2O + 3e- Cr3+ + 8(OH)]

3 N3+H3 + 27(OH)1- 3 (NO3)1- + 18 H2O + 24e-

8 (Cr O4)2- + 32 H2O + 24e- 8 Cr3+ + 64 (OH)1-

3N3+H3 + 8(Cr O4)2- + 14H2O 3(NO3)1- + 8Cr3+ + 37(OH)1-

Igualando el número de electrones en ambas semiecuaciones:

42

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

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

Balanceamos por tanteo (consideramos el número de Cl = 24):

3NH3 + 8Na2Cr O4 + 14H2O + 24NaCl 3NaNO3 + 8CrCl3 + 37NaOH

43

Ejercicios

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

2. KMnO4 + NH3 KNO3 + MnO2 + KOH + H2O

3. Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3

4. Ag2SO3 + AgBr + H2O

44

http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

http://quimicaparatodos.blogcindario.com/2009/09/00072-estequeometria-ii-reactivo-limitante.html

http://html.rincondelvago.com/leyes-ponderales-de-quimica.html

http://www.amschool.edu.sv/paes/science/leyes.htm

http://iesantonioserna.edu.gva.es/HTML/dep_fq/1BACH/tema_1.pdf

http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Estequiometria.html