Ejercicio resuelto de Reacciones químicas · Física y Química I

Escribe y ajusta la ecuación química de las siguientes reacciones:

a) El amoniaco reacciona con el ácido sulfúrico para dar sulfato de amonio.
b) Cuando el óxido de hierro(III) reacciona con el monóxido de carbono se obtiene hierro metálico y se libera dióxido de carbono.

Escribir la ecuación de una reacción que viene contada con palabras son dos tareas seguidas. La primera es formular: traducir cada nombre a su fórmula y colocar las sustancias de partida a la izquierda de la flecha y las que se obtienen a la derecha.
$\boxed{{\displaystyle \text{reactivos }⟶\text{ productos}}}$
La segunda es ajustar. En una reacción química los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reordenan: es la ley de conservación de la masa de Lavoisier. Por eso 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 tocan nunca: son la fórmula de la sustancia y cambiarlos la convertiría en otra distinta.

$\mathbf{\text{a)}}$ El amoniaco es ${\text{NH}}_3$, el ácido sulfúrico es ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ y el sulfato de amonio es $({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$: está formado por el ion amonio, ${\text{NH}}_4^{+}$, y el ion sulfato, ${\text{SO}}_4^{2-}$, y hacen falta dos iones amonio por cada ion sulfato para que las cargas se compensen.
Reaccionan el amoniaco y el ácido sulfúrico, así que los dos van a la izquierda; el sulfato de amonio es lo que se obtiene, y va a la derecha:
${\text{NH}}_3+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4\to ({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$
Se cuentan los átomos de cada elemento a los dos lados, con la ecuación tal y como está escrita:
$\text{N}\text{\hspace{0.17em}⁣}:1\text{ frente a }2;\text{S}\text{\hspace{0.17em}⁣}:1=1;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:3+2\text{ frente a }8;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:4=4$
No cuadran el nitrógeno ni 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 ${\text{NH}}_3$ y $({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$: se pone un 2 delante de ${\text{NH}}_3$. Quedan 2 átomos a cada lado.
El azufre queda cuadrado con lo puesto hasta aquí. Queda 1 átomo a cada lado.
El hidrógeno queda cuadrado con lo puesto hasta aquí. Quedan $2\cdot 3+2=8$ átomos a cada lado.
El oxígeno queda cuadrado con lo puesto hasta aquí. Quedan 4 átomos a cada lado.
La ecuación ajustada queda:
$\mathbf{2}{\text{NH}}_3+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4\to ({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$
Y el recuento ya cuadra:
$\text{N}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2=2;\text{S}\text{\hspace{0.17em}⁣}:1=1;\text{H}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2\cdot 3+2=8;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:4=4$


$\mathbf{\text{b)}}$ El óxido de hierro(III) es ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$: el número romano dice que el hierro actúa con valencia 3; como el oxígeno actúa con 2, hacen falta dos hierros por cada tres oxígenos para que las cargas se compensen. El monóxido de carbono es $\text{CO}$, el dióxido de carbono es ${\text{CO}}_2$ y el hierro metálico es $\text{Fe}$ a secas: es el elemento libre, sin combinar con nada.
El óxido y el monóxido de carbono son los reactivos y van a la izquierda; el hierro y el dióxido de carbono son los productos y van a la derecha:
${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3+\text{CO}\to \text{Fe}+{\text{CO}}_2$
Se cuentan los átomos de cada elemento a los dos lados, con la ecuación tal y como está escrita:
$\text{C}\text{\hspace{0.17em}⁣}:1=1;\text{Fe}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2\text{ frente a }1;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:3+1\text{ frente a }2$
No cuadran el hierro 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 deja el oxígeno para el final.
El carbono solo está en $\text{CO}$ y ${\text{CO}}_2$, y con un 1 delante de cada uno ya cuadraría. Pero entonces habría que poner ${\displaystyle \frac{1}{3}}$ delante de ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$ y ${\displaystyle \frac{2}{3}}$ delante de $\text{Fe}$, y los coeficientes tienen que ser números enteros: se multiplica todo por 3 y se pone un 3 delante de $\text{CO}$ y un 3 delante de ${\text{CO}}_2$. Quedan 3 átomos a cada lado.
El hierro solo está en ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$ y $\text{Fe}$: se pone un 2 delante de $\text{Fe}$. Quedan 2 átomos a cada lado.
El oxígeno queda cuadrado con lo puesto hasta aquí. Quedan $3+3=3\cdot 2$ átomos a cada lado.
La ecuación ajustada queda:
${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3+\mathbf{3}\text{CO}\to \mathbf{2}\text{Fe}+\mathbf{3}{\text{CO}}_2$
Y el recuento ya cuadra:
$\text{C}\text{\hspace{0.17em}⁣}:3=3;\text{Fe}\text{\hspace{0.17em}⁣}:2=2;\text{O}\text{\hspace{0.17em}⁣}:3+3=3\cdot 2$
Ese 3 se puede ver además sin tantear, porque lo obliga el oxígeno. El carbono exige que haya tantas moléculas de $\text{CO}$ como de ${\text{CO}}_2$; si se llama $n$ a ese número y se parte de una sola unidad de ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$, a la izquierda hay $3+n$ átomos de oxígeno (los 3 del óxido más uno por cada $\text{CO}$) y a la derecha $2n$ (dos por cada ${\text{CO}}_2$). De $3+n=2n$ sale $n=3$.