Química General · Reactions in water and gases
Reacciones en disolución acuosa
Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.
¿Atascado con reacciones en disolución acuosa? Escanea el problema.
Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.
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Lo que aprenderás
- Classify solutes as strong, weak or nonelectrolytes and predict which ions they release in water.
- Use the solubility rules to predict precipitates and choose reagents that separate or identify ions.
- Write molecular, complete ionic and net ionic equations and identify spectator ions.
- Write neutralization and gas-forming reactions, draw proton transfer to hydroxide as curved arrows, and do the stoichiometry of precipitation and gas-forming reactions.
- Predict single-replacement reactions from the activity series and classify reactions as combination, decomposition, combustion, single replacement, precipitation, acid–base or redox.
Lección gratis
El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.
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Electrolitos
Un soluto que produce iones en agua hace que la disolución conduzca la electricidad. Un electrolito fuerte está ionizado prácticamente por completo: los compuestos iónicos solubles como el NaCl, los ácidos fuertes (HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ y H₂SO₄ para su primer protón) y las bases fuertes (los hidróxidos del grupo 1 y Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂). Un electrolito débil solo se ioniza en parte: los ácidos débiles como el ácido acético (se dibuja con sus iones; alrededor del 1 % ionizado a 0,1 M), el HF y el HNO₂, y las bases débiles como el NH₃. Un no electrolito, como la glucosa, el metanol o el etanol, se disuelve como moléculas neutras. Los compuestos iónicos conservan sus iones poliatómicos intactos: (NH₄)₂SO₄ da 2 NH₄⁺ + SO₄²⁻. Los ácidos moleculares como el HCl solo producen iones al reaccionar con el agua, HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻; en este tema, H⁺(aq) es una forma abreviada de H₃O⁺. La fuerza de un electrolito no es lo mismo que su solubilidad: el AgCl está completamente ionizado una vez disuelto, pero solo se disuelven unos 1,3 × 10⁻⁵ mol/L.
Reglas de solubilidad
Siempre solubles: los compuestos de cationes del grupo 1 y el NH₄⁺, y todos los nitratos y percloratos. Por lo general solubles: los cloruros, bromuros y yoduros, excepto los de Ag⁺, Pb²⁺ y Hg₂²⁺; los sulfatos, excepto los de Ba²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺ y Hg₂²⁺ (el CaSO₄ y el Ag₂SO₄ son solo ligeramente solubles). Por lo general insolubles: los carbonatos, fosfatos, sulfuros e hidróxidos, excepto con cationes del grupo 1 y NH₄⁺; el Sr(OH)₂ y el Ba(OH)₂ son solubles y el Ca(OH)₂ es ligeramente soluble. Una regla del grupo de los "siempre solubles" tiene prioridad: el (NH₄)₂CO₃ se disuelve aunque la mayoría de los carbonatos no lo hacen. Los precipitados permiten identificar iones: el BaSO₄ (se dibuja con sus iones) es un sólido blanco que no se disuelve en HNO₃ diluido, mientras que el BaCO₃ se disuelve en ácido con efervescencia porque el carbonato se protona a H₂CO₃, que libera CO₂.
Ecuaciones molecular, iónica completa e iónica neta
La ecuación molecular muestra las fórmulas completas: AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq). La ecuación iónica completa separa en sus iones todo electrolito fuerte en disolución y deja los sólidos, líquidos, gases, electrolitos débiles y no electrolitos como fórmulas: Ag⁺ + NO₃⁻ + Na⁺ + Cl⁻ → AgCl(s) + Na⁺ + NO₃⁻. Los iones que aparecen sin cambios en ambos lados son iones espectadores (aquí Na⁺ y NO₃⁻); al cancelarlos queda la ecuación iónica neta, Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s). Una ecuación iónica neta debe estar balanceada en átomos y en carga. Ojo con dos trampas: un reactivo sólido como el CaCO₃(s) nunca se separa en iones, y una sola mezcla puede formar dos productos, como en Ba(OH)₂ + H₂SO₄, que produce tanto BaSO₄(s) como agua y por eso no tiene iones espectadores. En la estequiometría de precipitación, encuentra primero el ion limitante: 5,00 mmol de Ag⁺ y 4,50 mmol de Cl⁻ dan 4,50 mmol de AgCl, 0,645 g con una masa molar de 143,32 g/mol.
Neutralización y reacciones que forman gases
Un ácido y una base hidróxido dan una sal y agua. Para cualquier ácido fuerte con cualquier base fuerte, la ecuación iónica neta es H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O, una transferencia de protón que se dibuja con dos flechas curvas (K = 1/Kw = 1,0 × 10¹⁴). Un ácido débil o una base débil se mantienen como molécula: HF + OH⁻ → F⁻ + H₂O y NH₃ + H⁺ → NH₄⁺. Las reacciones que forman gases producen un producto inestable o volátil. Los carbonatos y los hidrógenocarbonatos con ácido dan H₂CO₃, que se descompone en CO₂ y H₂O; los sulfitos dan SO₂ de la misma manera; los sulfuros dan H₂S gaseoso; las sales de amonio calentadas con hidróxido liberan NH₃ (NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O, dibujada). El carbonato toma los protones de uno en uno: si se añade ácido lentamente al Na₂CO₃, primero se forma HCO₃⁻, y la efervescencia comienza solo después de unos un H⁺ por carbonato. Ejemplo: 2,65 g de Na₂CO₃ (105,99 g/mol) son 0,02500 mol y liberan 0,02500 mol de CO₂, 1,10 g.
Sustitución simple y serie de actividad
Un elemento más activo desplaza a otro menos activo de su compuesto. La serie de actividad de los metales, del más activo al menos activo, es K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > H₂ > Cu > Ag > Au. Un metal reduce el catión de cualquier metal que esté por debajo de él: Fe(s) + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu(s), pero el Cu(s) no hace nada en una disolución de Fe²⁺. Los metales situados por encima del hidrógeno se disuelven en ácido fuerte diluido con desprendimiento de H₂; los más activos (K, Na, Ca) también reaccionan con agua fría, Ca + 2 H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. Balancea la carga además de los átomos: 2 Al + 3 Cu²⁺ → 2 Al³⁺ + 3 Cu transfiere seis electrones. Los halógenos siguen el orden F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂: el bromo oxida el yoduro a yodo, pero no puede oxidar el cloruro. Puedes construir una serie a partir de experimentos: un metal que se recubre con un segundo metal en una disolución de la sal de ese metal es el más activo de los dos.
Clasificación de las reacciones
Combinación: dos o más sustancias forman un solo producto (CaO + H₂O → Ca(OH)₂). Descomposición: una sustancia se separa en dos o más (2 KClO₃ → 2 KCl + 3 O₂ al calentar). Combustión: reacción rápida con O₂; un hidrocarburo se quema y da CO₂ y H₂O (C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O). Las reacciones de sustitución simple, de precipitación y ácido-base se describieron antes. Estas etiquetas se cruzan con una segunda pregunta: ¿es redox? Una reacción es redox cuando cambia algún número de oxidación. Toda combustión y toda sustitución simple son redox (en la combustión del CH₄ el carbono pasa de −4 a +4 y el oxígeno de 0 a −2), mientras que las reacciones de precipitación y ácido-base no lo son, y una descomposición como CaCO₃ → CaO + CO₂ tampoco lo es.
Lo que conviene recordar
Decide qué hay realmente en el vaso de precipitados: los electrolitos fuertes como iones, y los electrolitos débiles, los no electrolitos y los sólidos como fórmulas. Luego pregúntate qué impulsa la reacción: un sólido insoluble (reglas de solubilidad), agua a partir de H⁺ + OH⁻, un gas (CO₂, SO₂, NH₃) o transferencia de electrones hacia un elemento menos activo (serie de actividad). Cancela los iones espectadores, balancea átomos y carga, y resuelve la estequiometría a partir del reactivo limitante.
Problemas de práctica (40)
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Dibuja el mecanismo 2
Neutralización y reacciones que forman gases
- El amonio y el hidróxido liberan amoníacoDibuja la transferencia de protón del amonio al hidróxido que está detrás de la reacción que forma amoníaco gaseoso y escribe su ecuación iónica neta.
- El hidronio neutraliza el hidróxidoDibuja la transferencia de protón del hidronio al hidróxido, que es la ecuación iónica neta de toda neutralización de ácido fuerte con base fuerte, e identifica los iones espectadores.
Predice el producto 13
Desplazamiento y tipos de reacción
- Usa la serie de actividadPredice si un metal desplaza a otro metal o al hidrógeno de una disolución usando la serie de actividad.
- Aluminio en cloruro de cobre(II)Escribe una ecuación iónica neta balanceada para una reacción de desplazamiento simple en la que los metales tienen cargas iónicas diferentes.
- Agua de bromo con dos sales de haluroPredice qué haluro puede desplazar un halógeno según la serie de actividad de los halógenos y escribe la ecuación iónica neta.
- El calcio se encuentra con el aguaPredice los productos cuando un metal muy activo reacciona con agua.
Neutralización y reacciones que forman gases
- Ecuación iónica neta para una base débilEscribe la ecuación iónica neta de la neutralización de una base débil por un ácido fuerte.
- ¿Qué mezcla desprende un gas?Reconoce el anión que libera un gas al tratarlo con un ácido fuerte.
- Ecuación iónica neta de un ácido débilEscribe la ecuación iónica neta de la neutralización de un ácido débil por una base fuerte, dejando el ácido débil como molécula.
Electrólitos y solubilidad
- Un carbonato que se disuelveReconoce que un catión siempre soluble tiene prioridad sobre la regla de que los carbonatos, hidróxidos y sulfuros son por lo general insolubles.
- ¿Qué compuesto es insoluble?Aplica las reglas de solubilidad para elegir el único compuesto insoluble de una lista de sales.
Neutralization and gas-forming reactions
- Products of a neutralizationWrite the balanced molecular equation for neutralization of a strong base by a strong acid, with the correct salt formula.
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- Ecuación iónica neta del fosfato de calcioEscribe una ecuación iónica neta balanceada para una precipitación que requiere coeficientes iónicos distintos.
- El precipitado amarilloPredice el precipitado que se forma cuando dos disoluciones de sales solubles intercambian sus iones.
- ¿Qué par queda transparente?Usa las reglas de solubilidad con los dos pares nuevos posibles para encontrar una mezcla en la que no se forme precipitado.
Clasificar 8
Electrólitos y solubilidad
- Iones del sulfato de amonioEscribe los iones que se liberan cuando se disuelve una sal formada por dos iones poliatómicos, manteniendo intacto cada ion poliatómico.
- Clasifica tres solutosClasifica un ácido fuerte, un ácido débil y un alcohol como electrólitos fuertes, débiles o no electrólitos.
- Identifica el electrólito débilIdentifica un electrólito débil entre un ácido fuerte, una sal soluble, un ácido débil y un no electrólito.
Desplazamiento y tipos de reacción
- Dos etiquetas para una misma reacciónClasifica la combustión del metano tanto por tipo de reacción como por ser una reacción redox, usando los números de oxidación.
- ¿Cuál es una combustión?Identifica una reacción de combustión entre ecuaciones de descomposición, combinación y desplazamiento simple.
- Calentamiento del clorato de potasioClasifica una reacción en la que un compuesto se descompone en sustancias más simples.
- ¿Qué reacción es redox?Reconoce una reacción redox comprobando si cambia el estado de oxidación en reacciones de precipitación, ácido-base, descomposición y desplazamiento simple.
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- Encuentra los iones espectadoresIdentifica los iones espectadores en una reacción de precipitación a partir de su ecuación iónica completa.
Comparar 1
- Ordena disoluciones según su conductividadOrdena disoluciones de igual concentración según su conductividad eléctrica, a partir del número de iones que libera cada soluto.
Calcular 6
Neutralización y reacciones que forman gases
- Ácido neutralizado por una tableta antiácidaUsa la relación molar de una neutralización con un hidróxido dibásico para hallar cuánto ácido consume una masa dada de base.
- ¿Qué reactivo se agota?Identifica el reactivo limitante en una reacción que forma gas y calcula la masa de gas liberada.
- Dióxido de carbono a partir de carbonato de sodioCalcula la masa de gas liberada en una reacción de formación de gas a partir de un carbonato, usando la masa de carbonato.
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- Ion bario que queda en disoluciónCalcula la concentración del ion en exceso que queda después de una precipitación, usando el volumen combinado.
- Masa de cloruro de plata precipitadaEncuentra el ion limitante en una precipitación y calcula la masa de precipitado formada.
Desplazamiento y tipos de reacción
- Cobre depositado por el hierroCalcula la masa de metal depositada en una reacción de desplazamiento simple a partir de la masa del metal más activo.
Encuentra el error 3
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- Una neutralización que también precipitaDiagnostica una ecuación iónica neta que omite un precipitado formado junto con el agua en una neutralización.
Neutralización y reacciones que forman gases
- Encuentra el error: mármol en ácidoDiagnostica una ecuación iónica neta que separa erróneamente en iones un reactivo sólido.
Electrólitos y solubilidad
- Electrólito fuerte, mal conductorDiagnostica la confusión entre la fuerza del electrólito y la solubilidad en una sal poco soluble.
Interpreta la evidencia 2
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- Interpreta dos pruebas de precipitaciónInterpreta el comportamiento de los precipitados de bario en medio ácido para distinguir un carbonato de un sulfato.
Desplazamiento y tipos de reacción
- Construye una serie de actividad a partir de experimentosCombina observaciones de desplazamiento y de reacción con ácidos para ordenar cuatro metales desconocidos por su actividad.
Trabaja hacia atrás 2
Electrólitos y solubilidad
- Identifica el catiónDeduce la identidad de un catión desconocido a partir de dos pruebas de precipitación.
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
- ¿Qué reacción tiene esta ecuación iónica neta?Trabaja a la inversa: a partir de una ecuación iónica neta, encuentra la ecuación molecular cuyos demás iones son todos espectadores.
Planea una síntesis 1
- Separar Ag⁺ de Ba²⁺Elige un reactivo precipitante que elimine un catión de una mezcla y deje el otro en disolución.
Explica por qué 2
Neutralización y reacciones que forman gases
- Por qué la efervescencia comienza tardeExplica la liberación retardada de CO₂ cuando se añade ácido lentamente a un carbonato, usando la protonación por etapas del carbonato.
Electrólitos y solubilidad
- Por qué conduce el HCl acuosoExplica por qué un ácido molecular que no conduce como líquido puro se convierte en un electrólito fuerte en agua.
¿Atascado con reacciones en disolución acuosa? Escanea el problema.
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