Ejercicio resuelto de Reacciones químicas · Física y Química I

Ajusta las siguientes reacciones químicas y luego descríbelas con una frase:

a) ${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}(l)+{\text{O}}_2(g)\to {\text{CO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$
b) ${\text{NH}}_3(g)+{\text{O}}_2(g)\to \text{NO}(g)+{\text{H}}_2\text{O}(g)$

Ajustar una ecuación química es aplicar la ley de conservación de la masa de Lavoisier: en una reacción los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reordenan, así que cada elemento tiene que aparecer el mismo número de veces a los dos lados de la flecha:
$\boxed{{\displaystyle \acute{\text{a}}\text{tomos de X}\text{\hspace{0.17em}⁣}:\text{reactivos}=\text{productos}}}$
Se consigue poniendo coeficientes delante de las fórmulas. Los subíndices no se pueden tocar: son la fórmula de la sustancia y cambiarlos la convertiría en otra distinta.
Una vez ajustada, la ecuación ya se puede describir con una frase, porque cada coeficiente dice cuántos moles de esa sustancia intervienen.
Y la letra entre paréntesis dice en qué estado de agregación está cada sustancia: (l) líquido y (g) gas.

$\mathbf{\text{a)}}$ Se cuentan los átomos de cada elemento a los dos lados, con la ecuación tal y como está escrita:
$\text{C}\text{\hspace{0.17em}⁣}:8\text{ frente a }1;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:16\text{ frente a }2;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2\text{ frente a }2+1$
No cuadran el carbono ni el hidrógeno ni el oxígeno, así que hay que poner coeficientes delante de las fórmulas. Los subíndices no se tocan nunca: cambiarlos sería cambiar la sustancia. Se empieza por los elementos que aparecen en menos sitios y se dejan el hidrógeno y el oxígeno para el final.
El carbono solo está en ${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}(l)$ y ${\text{CO}}_2(g)$: se pone un 8 delante de ${\text{CO}}_2(g)$. Quedan 8 átomos a cada lado.
El hidrógeno solo está en ${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}(l)$ y ${\text{H}}_2\text{O}(l)$: se pone un 8 delante de ${\text{H}}_2\text{O}(l)$. Quedan $16=8\cdot 2$ átomos a cada lado.
El oxígeno está en ${\text{O}}_2(g)$, ${\text{CO}}_2(g)$ y ${\text{H}}_2\text{O}(l)$: se pone un 12 delante de ${\text{O}}_2(g)$. Quedan $12\cdot 2=8\cdot 2+8$ átomos a cada lado.
La ecuación ajustada queda:
${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}(l)+\mathbf{12}{\text{O}}_2(g)\to \mathbf{8}{\text{CO}}_2(g)+\mathbf{8}{\text{H}}_2\text{O}(l)$
Y el recuento ya cuadra:
$\text{C}\text{\hspace{0.17em}⁣}:8=8;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:16=8\cdot 2;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:12\cdot 2=8\cdot 2+8$
Ya se puede describir con una frase: cada coeficiente se lee como los moles de esa sustancia que intervienen, y la letra del paréntesis, como su estado de agregación.
Un mol de ${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}$ líquido reacciona con doce moles de oxígeno gaseoso para dar ocho moles de dióxido de carbono gaseoso y ocho moles de agua líquida.
La sustancia del apartado a) se ha nombrado por su fórmula, y no con un nombre, porque ${\text{C}}_8{\text{H}}_{16}$ no es el octano: el octano es ${\text{C}}_8{\text{H}}_{18}$, con dos átomos de hidrógeno más por molécula. Con ocho átomos de carbono y dieciséis de hidrógeno la sustancia es un octeno o el ciclooctano, y la fórmula sola no dice cuál de ellos. Al ajuste no le afecta: los coeficientes salen del recuento de átomos, no del nombre.


$\mathbf{\text{b)}}$ Se cuentan los átomos de cada elemento a los dos lados, con la ecuación tal y como está escrita:
$\text{N}\text{\hspace{0.17em}⁣}:1=1;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:3\text{ frente a }2;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2=1+1$
No cuadra el hidrógeno, así que hay que poner coeficientes delante de las fórmulas. Los subíndices no se tocan nunca: cambiarlos sería cambiar la sustancia. Se empieza por los elementos que aparecen en menos sitios y se dejan el hidrógeno y el oxígeno para el final.
El nitrógeno solo está en ${\text{NH}}_3(g)$ y $\text{NO}(g)$, y con un 1 delante de cada uno ya cuadraría. Pero entonces habría que poner ${\displaystyle \frac{5}{4}}$ delante de ${\text{O}}_2(g)$ y ${\displaystyle \frac{3}{2}}$ delante de ${\text{H}}_2\text{O}(g)$, y los coeficientes tienen que ser números enteros: se multiplica todo por 4 y se pone un 4 delante de ${\text{NH}}_3(g)$ y un 4 delante de $\text{NO}(g)$. Quedan 4 átomos a cada lado.
El hidrógeno solo está en ${\text{NH}}_3(g)$ y ${\text{H}}_2\text{O}(g)$: se pone un 6 delante de ${\text{H}}_2\text{O}(g)$. Quedan $4\cdot 3=6\cdot 2$ átomos a cada lado.
El oxígeno está en ${\text{O}}_2(g)$, $\text{NO}(g)$ y ${\text{H}}_2\text{O}(g)$: se pone un 5 delante de ${\text{O}}_2(g)$. Quedan $5\cdot 2=4+6$ átomos a cada lado.
La ecuación ajustada queda:
$\mathbf{4}{\text{NH}}_3(g)+\mathbf{5}{\text{O}}_2(g)\to \mathbf{4}\text{NO}(g)+\mathbf{6}{\text{H}}_2\text{O}(g)$
Y el recuento ya cuadra:
$\text{N}\text{\hspace{0.17em}⁣}:4=4;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:4\cdot 3=6\cdot 2;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:5\cdot 2=4+6$
Ya se puede describir con una frase: cada coeficiente se lee como los moles de esa sustancia que intervienen, y la letra del paréntesis, como su estado de agregación.
Cuatro moles de amoniaco gaseoso reaccionan con cinco moles de oxígeno gaseoso para dar cuatro moles de monóxido de nitrógeno gaseoso y seis moles de agua en estado gaseoso.