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Unidad 4: Reacciones químicas

Química AP · Unidad 4: Reacciones químicas

4.2 Ecuaciones iónicas netas

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Pregunta esencial

¿Qué partículas reaccionan de verdad?

Cuando se mezclan dos soluciones, el vaso está lleno de iones. Algunos reaccionan y otros solo flotan. Al terminar esta lección, deberías poder escribir una ecuación que muestre solo las partículas que de verdad cambian.

El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección de abajo.

Las ecuaciones balanceadas conservan los átomos

  • El mismo número de cada átomo en ambos lados
  • Se conservan la masa y la carga

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

ÁtomoReactivosProductos
C11
H42 × 2 = 4
O2 × 2 = 42 + 2 = 4

Una reacción solo reacomoda los átomos, así que cada tipo de átomo debe aparecer en la misma cantidad en ambos lados. Como los átomos se conservan, la masa también. Cuando hay iones, la carga total también debe ser igual en ambos lados.

Coeficientes frente a subíndices

  • Coeficiente (el número grande al frente): cuántas unidades hay
  • Subíndice (el número pequeño escrito abajo): átomos en una unidad
  • Balancea las ecuaciones cambiando solo los coeficientes.
La fórmula 3H2O sobre tres moléculas de agua, que muestra que el coeficiente 3 significa tres moléculas y el subíndice 2 significa dos átomos de hidrógeno en cada una.

3H2O significa tres moléculas de agua: 3 × 2 = 6 átomos de hidrógeno y 3 × 1 = 3 átomos de oxígeno. Cambiar un subíndice cambia la sustancia. ¡El H2O2 es peróxido de hidrógeno, no agua!

Compuestos iónicos en agua

  • Los compuestos iónicos solubles se separan en iones (se disocian).
  • Los ácidos fuertes también se separan en iones.
  • Estos son electrolitos fuertes.
Un vaso de agua con iones Na+ y Cl- separados por todo el líquido. Ecuación: NaCl(s) produce Na+(aq) + Cl-(aq).

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq). Las cargas se balancean: cero a la izquierda, y +1 y −1 a la derecha. A menudo se considera que disolver es un cambio físico, pero, como muestra el Tema 4.4, se puede argumentar en ambos sentidos. De cualquier forma, lo representamos con una ecuación balanceada.

Reglas de solubilidad para Química AP

Para escribir una ecuación iónica neta, necesitas saber qué compuestos se disuelven (aq) y cuáles forman un precipitado sólido (s). El examen de AP espera que memorices una sola regla: todas las sales de sodio, potasio, amonio y nitrato son solubles en agua.

Cualquier compuesto que contengaEjemplosEstado en agua
Sodio, Na+NaCl, Na2CO3Siempre (aq)
Potasio, K+KI, K3PO4Siempre (aq)
Amonio, NH4+NH4Cl, (NH4)2SO4Siempre (aq)
Nitrato, NO3−AgNO3, Pb(NO3)2Siempre (aq)

¿Y los sólidos? No hay una lista de compuestos “siempre sólidos” que memorizar. El College Board no evalúa ninguna otra regla de solubilidad, así que una pregunta de AP te dirá cuándo se forma un precipitado o describirá lo que se ve. Usa la regla de arriba para encontrar cuál es ese producto: cualquier producto que contenga Na+, K+, NH4+ o NO3− se queda como (aq), así que el otro producto debe ser el sólido. Cuando el examen necesita que compares qué tan bien se disuelven otras sales, te da valores de Ksp (Tema 7.11). Una Ksp más pequeña significa que se disuelve menos de la sal.

Por ejemplo, cuando se mezclan Cu(NO3)2(aq) y NaOH(aq), se forma un precipitado azul: Cu(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2NaNO3(aq). El NaNO3 contiene Na+ y NO3−, así que debe ser (aq), y eso deja al Cu(OH)2 como el sólido. Si todos los productos posibles contienen uno de estos iones, como en NaCl(aq) + KNO3(aq), no se forma ningún precipitado. Todos los iones son espectadores, así que no hay reacción.

Ecuación molecular

Cuando se mezcla una solución de nitrato de plata con una solución de cloruro de sodio, se forma cloruro de plata, un sólido blanco. La ecuación molecular escribe cada sustancia como una fórmula completa:

AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)

Está balanceada y es fácil de leer, pero oculta lo que de verdad hay en la solución: los compuestos acuosos en realidad están separados en iones.

Ecuación iónica completa

  • Separa en iones los electrolitos fuertes acuosos.
  • Deja juntos los sólidos, líquidos, gases y ácidos débiles (como el HF o el ácido acético).

Ag+(aq) + NO3−(aq) + Na+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s) + Na+(aq) + NO3−(aq)

El cloruro de plata se queda junto porque es un sólido.

Iones espectadores

  • Iones que aparecen sin cambio en ambos lados
  • No reaccionan, así que se cancelan.
Vaso después de mezclar nitrato de plata y cloruro de sodio: los iones Na+ y NO3- flotan libres como espectadores, mientras que los iones Ag+ y Cl- forman un grupo sólido en el fondo.

El Na+ y el NO3− son iguales en ambos lados de la ecuación iónica completa. Como los espectadores de un partido, solo miran, flotando libres en el vaso después de la reacción.

Ecuación iónica neta

  • Muestra solo las especies que cambian
  • Revisa que se balanceen los átomos Y la carga

Ag+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s)

Un ion Ag+ más un ion Cl-, luego una flecha hacia un grupo compacto de iones Ag+ y Cl- alternados con la etiqueta AgCl(s).

Átomos: un Ag y un Cl en cada lado. Carga: (+1) + (−1) = 0 a la izquierda, y el sólido neutro es 0 a la derecha. Esa revisión de la carga atrapa muchos errores en el examen de AP.

Pasos para escribir una ecuación iónica neta

  1. Escribe y balancea la ecuación molecular.
  2. Separa en iones los electrolitos fuertes acuosos (ecuación iónica completa).
  3. Cancela los iones espectadores.
  4. Revisa que se balanceen los átomos y la carga.

El error más común está en el paso 2: separar cosas que no deben separarse. Los sólidos, líquidos, gases y ácidos débiles se quedan juntos.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Nitrato de plomo(II) más yoduro de potasio

Escribe la ecuación iónica neta de la reacción del nitrato de plomo(II) acuoso con el yoduro de potasio acuoso, que forma yoduro de plomo(II) sólido.

Mostrar la solución
  1. Ecuación molecular: Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq). El plomo(II) es Pb2+, así que el PbI2 necesita dos yoduros; pon un 2 delante del KI y del KNO3.
  2. Ecuación iónica completa: Pb2+(aq) + 2NO3−(aq) + 2K+(aq) + 2I−(aq) → PbI2(s) + 2K+(aq) + 2NO3−(aq)
  3. Cancela los espectadores: 2K+ y 2NO3− aparecen sin cambio en ambos lados. (Todos los compuestos de potasio y de nitrato son solubles.)
  4. Respuesta: Pb2+(aq) + 2I−(aq) → PbI2(s)
  5. Revisa: un Pb y dos I en cada lado; carga (+2) + 2(−1) = 0 → 0

Ejemplo 2: Ácido clorhídrico más hidróxido de sodio

Escribe la ecuación iónica neta de HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l).

Mostrar la solución
  1. ¿Está balanceada? Sí, hay uno de cada átomo en ambos lados.
  2. Ecuación iónica completa: H+(aq) + Cl−(aq) + Na+(aq) + OH−(aq) → Na+(aq) + Cl−(aq) + H2O(l). El HCl es un ácido fuerte y el NaOH es un compuesto iónico soluble; el agua es un líquido y se queda junta.
  3. Cancela los espectadores: Na+ y Cl−
  4. Respuesta: H+(aq) + OH−(aq) → H2O(l)
  5. Revisa: (+1) + (−1) = 0 → 0. Esta es la ecuación iónica neta de cualquier ácido fuerte con una base fuerte.

Ejemplo 3: Carbonato de calcio más ácido clorhídrico

El carbonato de calcio sólido reacciona con ácido clorhídrico y forma cloruro de calcio acuoso, agua y gas dióxido de carbono. Escribe la ecuación iónica neta.

Mostrar la solución
  1. Ecuación molecular: CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g). Revisa: H 2 = 2, C 1 = 1, O 3 = 1 + 2.
  2. Ecuación iónica completa: CaCO3(s) + 2H+(aq) + 2Cl−(aq) → Ca2+(aq) + 2Cl−(aq) + H2O(l) + CO2(g). La trampa: el CaCO3 es un sólido, así que se queda junto.
  3. Cancela los espectadores: solo 2Cl−
  4. Respuesta: CaCO3(s) + 2H+(aq) → Ca2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)
  5. Revisa: carga 0 + 2(+1) = +2 a la izquierda y +2 a la derecha

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Práctica

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • Conserva los átomos, la masa y la carga
  • Las sales de Na+, K+, NH4+ y NO3− siempre son (aq)
  • Separa los electrolitos fuertes (aq)
  • Cancela los iones espectadores
  • Ecuación iónica neta: solo lo que cambia

De vuelta a la pregunta esencial: las partículas que de verdad reaccionan son las que quedan en la ecuación iónica neta después de cancelar los espectadores. A continuación, el Tema 4.3 muestra las reacciones con diagramas de partículas.

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Alineación con AP

Esta lección cubre el Tema 4.2, Ecuaciones iónicas netas, de la Unidad 4 (Reacciones químicas) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:

  • 4.2.A: Representar los cambios en la materia con una ecuación química balanceada o una ecuación iónica neta: i. Para cambios físicos. ii. Para la información dada sobre la identidad de los reactivos y/o el producto. iii. Para los iones en una reacción química dada.

Conocimiento esencial: 4.2.A.1, 4.2.A.2, 4.2.A.3

Habilidad sugerida: 5.E Rutinas matemáticas. Determinar una ecuación química balanceada para un fenómeno químico dado.

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