UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE EDUCACIÓN, ARTES Y HUMANIDADES

DEPARTAMENTO DE PEDAGOGÍA, ANDRAGOGÍA, COMUNICACIÓN Y MULTIMEDIA

LICENCIATURA EN BIOLOGÍA Y QUÍMICA PRÁCTICA PEDAGÓGICA VI: PROFESIONAL

UNIDAD DIDÁCTICA: BALANCEO DE ECUACIONES

TEMAS Y OBJETIVOS DIDÁCTICOS

DATOS DE IDENTIFICACIÓN

Área/Asignatura: Ciencias Naturales y Educación Ambiental / Química

Docente: Rubén D. Toro Berbesí Grado:

Octavo C y

Décimo B.

Tema: Balanceo de ecuaciones: Método

del tanteo y Método de óxido-reducción.

Duración:

8 “C” 5 h.

10”B” 7 h. Total: 12 h.

Objetivo Didáctico: Comprender la importancia de equilibrar los elementos y

sustancias en su medio natural.

Instructivo: 1. Lea cuidadosamente la guía.

2. Desarrolle los ejercicios y participe de las actividades sugeridas de la guía en el cuaderno y proceso de

aula.

RECONOCIMIENTO DE MOMENTOS PREVIOS. MOTIVACIÓN

1. RECUPERACIÓN DE CONOCIMIENTOS TÉCNICOS

Ecuaciones químicas, reacciones químicas, elementos químicos, tabla periódica, compuestos, funciones químicas, nomenclatura, ley de la conservación de la

masa.

2. MOTIVACIÓN

Se sabe que una ecuación se divide en dos partes: reactivos y productos. Cuando

en ambas partes existe la misma cantidad y clase de átomos entonces la ecuación esta balanceada, es decir correcta o equilibrada; de tal modo que, balancear una

ecuación es igualar la cantidad de átomos en los reactivos y productos.

CONTENIDOS PROGRAMÁTICOS

3. MOMENTO BÁSICO

BALANCEO DE ECUACIONES

El químico francés Lavoisier, empleando sistemáticamente la balanza comprobó que la cantidad de materia que interviene en una reacción química permanece constante, antes, durante y después de producida la transformación. Esto quiere decir que en un sistema en reacción, la suma de las masas de las sustancias que intervienen como reactantes es igual a la suma de las masas de las sustancias que aparecen como productos. Este enunciado se conoce como la ley de la conservación de la masa. ¿Cómo se balancea una ecuación?: Para balancear o equilibrar una ecuación es necesario colocar coeficientes numéricos que antecedan a las fórmulas correspondientes a los reactivos y productos involucrados, de tal manera que al hacer el conteo de los átomos, este número sea igual a ambos lados de la ecuación. Por ejemplo, se tiene la reacción, HgO(s) Hg(l) + O2(g) A partir de la cual se establece la siguiente relación de masas: Peso atómico del Hg: 200,5 g Peso molecular O2: 2 x 16 g = 32 g Peso molecular del reactante, HgO: 200,5 g + 16 g = 216,5 g Peso de los productos: 200,5 g + 32,0 g = 232,5 g Como se puede observar, la masa al inicio de la reacción es de 200,5 g, y al final es de 232,5 g. Esto indica que la ecuación no está balanceada. Luego, para tener el mismo número de átomos de cada clase a ambos lados de la ecuación, debemos tener dos moléculas de HgO y dos átomos de mercurio (Hg). De ahí que la ecuación correcta sea:

2HgO(s) 2Hg (l) + O2(g) Métodos para balancear ecuaciones: Existen varios métodos para llegar a este resultado, puede ser por tanteo, por oxido-reducción y por el método del ion-electrón. Método de inspección simple o de tanteo: Para ilustrar paso a paso el procedimiento a seguir, analizaremos la reacción entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio, con producción de óxido de calcio y agua. Paso 1. Plantear la ecuación para los reactivos y productos: HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O Paso 2. Comprobar si la ecuación química está balanceada. Para ello se verifica si el número de átomos de cada clase es igual en los reactivos y en los productos. En nuestro ejemplo tenemos: Reactivos: 3 átomos de H, 1 átomo de Cl, 1 átomo de Ca y 2 átomos de O. Productos: 2 átomos de H, 2 átomos de Cl, 1 átomo de Ca y 1 átomo de O. Vemos que la ecuación química no está balanceada. Paso 3. Ajustar la ecuación química colocando coeficientes delante de las fórmulas de los reactivos y de los productos. Como existen dos átomos de cloro en los productos y solo uno en los reactivos, se coloca un dos como coeficiente del HCl. Ahora, hay cuatro átomos de hidrógeno en los reactivos y solo dos en los productos,

por lo que es necesario colocar un dos delante de la molécula de agua. Con estos coeficientes la ecuación queda: 2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O Es importante tener presente que por ningún motivo se pueden variar los valores de los subíndices en las fórmulas, pues de lo contrario estaríamos alterando la constitución química de las sustancias y por consiguiente, los materiales involucrados en la reacción perderían su identidad. Observa que para balancear los átomos de H se coloca un dos delante de la molécula de agua: 2H2O, y no H4O2. Paso 4. Comprobar que la ecuación química haya quedado balanceada (fi- gura 27). Para ello se comprueba si el número de átomos de cada clase es igual en los reactivos y en los productos, de forma similar a como se procedió en el paso 2. Reactivos: 4 átomos de H, 2 átomos de Cl, 1 átomo de Ca y 2 átomos de O. Productos: 4 átomos de H, 2 átomos de Cl, 1 átomo de Ca y 2 átomos de O. Paso 5. Escribir la ecuación química balanceada: 2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O Ejemplo: Hierro más ácido sulfúrico produce sulfato de hierro (III) más hidrógeno. Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2↑ Una vez revisada la escritura de los símbolos de los elementos y las fórmulas, se escriben los elementos siguiendo un orden abajo de la flecha. Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2↑ _____ Fe _____ _____ S _____ _____ H _____ _____ O _____ Examinando la ecuación encontramos un hierro en el miembro izquierdo y dos en el derecho, por lo que tantearemos que sucede si para balancearlos le ponemos el coeficiente 2 al hierro del lado izquierdo. 2Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2↑ 2 _____ Fe _____2 _____ S _____ _____ H _____ _____ O _____ En el miembro derecho hay 3 átomos de azufre y en el lado izquierdo uno, para balancearlos le anteponemos un 3 a la molécula del H2SO4, lo que da: 2Fe + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2↑ 2 _____ Fe _____2 3 _____ S ______3 6 _____ H _____2 12 _____ O _____12 Ahora hay seis hidrógenos en el lado izquierdo y dos en el derecho, si multiplicamos por tres la molécula del H2 del miembro derecho quedarían balanceados los hidrógenos de ambos lados. Por último, se cuentan todos los átomos que participan en la reacción para asegurarnos que la ecuación esta balanceada:

2Fe + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2↑ 2 _____ Fe _____2 3 _____ S _____3 6 _____ H _____6 12 _____ O _____12 Ecuación balanceada: 2Fe + 3H2SO4 ------- Fe2(SO4)3 + 3H2↑

MÉTODO DE OXIDO REDUCCIÓN

Antes de entrar a balancear ecuaciones por el método redox, es necesario estudiar algunos conceptos básicos.

Oxidación y reducción: oxidación es la pérdida de electrones o un aumento en el número de oxidación de un elemento hacia un valor más positivo. Reducción es la ganancia de electrones o una disminución en el número de oxidación hacia un valor menos positivo.

Znº - 2e− → Zn

2+ (oxidación)

H+ + 1 e

− → Hº (reducción)

Agente oxidante: es la sustancia que provoca la oxidación de otra. Se distingue por que es la sustancia que toma o capta electrones siendo, en consecuencia, la sustancia reducida.

Pierde electrones S.O. – A.R.

Gana electrones S.R. – A.O.

Agente reductor: es la sustancia que provoca la reducción de otra. Se distingue porque es la sustancia que libera o cede electrones siendo, por consiguiente, la sustancia oxidada.

MÉTODO REDOX Como los procesos de oxidación-reducción son de intercambio de electrones, las ecuaciones químicas estarán igualadas cuando el número de electrones cedidos por el agente reductor sean los mismos que los aceptados por el agente oxidante. El número de electrones intercambiados se calcula fácilmente teniendo en cuenta la variación de los números de oxidación de los elementos. Las etapas a seguir serán ilustradas por medio de un ejemplo.

La corrosión: un metal se oxida cuando pierde electrones. Cuando este proceso es causado

por los agentes atmosféricos, se llama corrosión. Las dos condiciones para que se produzca:

que haya oxígeno y que haya humedad. El problema de la corrosión es agudo en el caso del

hierro y del acero (Fe con 1% de C) pues la quinta parte de la producción mundial de acero se

dedica a remplazar el inutilizado.

Balancear la ecuación: Fe2O3 + CO → Fe + CO2

1. Determinar y asignar el número de oxidación para cada elemento, tanto en los reactivos como en los

productos

2. Se identifican los átomos cuyos números de oxidación cambian:

3. Se determina el cambio de electrones por cada átomo y por todos los átomos de la molécula a partir de las

variaciones en los números de oxidación. Para hacer esto es de mucha utilidad la siguiente tabla:

4. Se iguala la cantidad de electrones perdidos a la de ganados multiplicando dicho número de electrones por

factores apropiados, que comúnmente basta con multiplicar estos mismos números en sentido cruzado

5. Asignar como coeficientes de las moléculas afectadas, los factores obtenidos en la etapa anterior.

2Fe2O3 + 6CO → Fe + CO2 6. Se termina de balancear la ecuación por tanteo:

2Fe2O3 + 6CO → 4Fe + 6CO2

En algunos casos, como en el presente, la ecuación es simplificable. Esta operación es importante, ya que la ecuación debe presentarse con los coeficientes enteros más pequeños posibles.

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

PALABRAS CLAVES: Ecuaciones químicas, balanceo de ecuaciones químicas, método redox, método de tanteo, reacciones químicas, estados de oxidación, reducción, oxidación, agente reductor, agente oxidante, sustancias reductora y oxidante.

REACCIONES REDOX EN LAS GAFAS

Los cristales de las gafas que se oscurecen cuando la luz del sol se hace más intensa (vidrios

fotocrómicos), contienen una dispersión de cloruro de plata (AgCl).

La energía de la luz ocasiona una reacción redox que produce plata metálica, oscureciendo

los cristales como consecuencia de un proceso igual al que tiene lugar en una placa

fotográfica. Como la plata finamente dividida es negra, los cristales se oscurecen. En

ausencia de luz ocurre el fenómeno contrario y los cristales recobran su claridad.

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE

4. MOMENTO DE PRÁCTICA Resuelve la siguiente actividad, teniendo en cuenta lo trabajo en clase. EJERCICIOS. Balancear por Tanteo: H2SO4 + Ca3(PO4 )2 --------> CaSO4 + H3PO4 Bi + O2 → Bi2O3 CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + H2C CaCO3 ----------------------------> CaO + CO2 Ba(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4 + HNO3 A. Identifica el agente oxidante y el agente reductor en cada una de las siguientes reacciones

1. N2(g) + 2O2(g) → 2NO(g)

2. H2 + Cl2 → 2HCl 3. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 4. 2Fe3+ + 2I1- → 2Fe2+ + I2

B. Identifica la sustancia oxidada y la sustancia reducida en cada una de las siguientes reacciones

1. H2S + H2SO4 → SO2 + S + H2O 2. Pb(NO3)2 → PbO + NO2 + O2 3. N2H4 + H2O2 → N2 + H2O

C. Para cada una de las siguientes ecuaciones químicas determina

Tipo de reacción química

Números de oxidación de todos los átomos que forman cada compuesto

Agente oxidante, sustancia reducida, agente reductor y sustancia oxidada

Coeficientes apropiados para balancear la ecuación

1. El fósforo, P4, reacciona de manera espontánea con el bromo, produciendo tribromuro de fósforo 2. Na(s) + H2O(l) → NaOH(ac) + H2(g) 3. Ácido clorhídrico + hierro → cloruro férrico + hidrógeno 4. H2(g) + Fe2O3(s) → Fe(s) + H2O(l) 5. Hidróxido de magnesio + ácido hipobromoso → hipobromito de magnesio + agua

D. Balancea por óxido-reducción cada una de las siguientes ecuaciones químicas

1. HNO3 + H2S → NO + S + H2O 2. Óxido plúmbico + ácido clorhídrico → cloruro plumboso + cloro + agua 3. NaCl + H2SO4 + MnO2 → Na2SO4 + MnSO4 + H2O + Cl2 4. Clorato de potasio + yoduro de potasio + agua → cloruro de potasio + yodo + hidróxido de potasio 5. MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + H2O 6. CrCl3 + KOH + K + KClO3 → KCl + K2CrO4 + H2O 7. Cr2S3 + Mn(NO3)2 + Na2CO3 → Na2CrO4 + Na2MnO4 + Na2SO4 + NO + CO2

MOMENTO DE EVALUACIÓN

5. MOMENTO DE EVALUACIÓN

Balanceé por óxido-reducción y después por tanteo las siguientes ecuaciones, e indique cuál es el agente oxidante y cuál el agente reductor.

NH3 + N2O --------------- N2 + H2O

B2O3 + Mg -------------------- B + MgO MnO2 + Al ------------------------ Al2O3 + Mn

Cl2 + KBr --------------- KCl + Br2 H2S + H2SO3 -------------------- S + H2O CO + I2O5 ------------------------ CO2 + I2

Lea detenidamente y seleccione la respuesta correcta, justifique cada pregunta con su respectivo ejercicio:

MOMENTO DE EXTENSIÓN

6. MOMENTO DE EXTENSIÓN

Consulte sobre el proceso de óxido-reducción en las gafas que comúnmente usamos las personas. Haga un ensayo sobre ello, lo comparte con sus

compañeros y docente; y finalmente establece las reacciones químicas.

GLOSARIO

7. GLOSARIO

Balanceo: 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.

Ecuación química: es la representación gráfica sencilla de una reacción química.

Endotérmica: reacciones que ocurren con absorción de energía.

Exotérmica: reacciones que ocurren con liberación de energía.

Productos: son las sustancias resultantes.

Química: es la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia,

así como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la

energía.

Reacción: son procesos en los que se producen nuevas sustancias distintas a las reaccionantes.

Reaccionantes: son las sustancias que reaccionan entre sí.

Reacciones heterogéneas: ocurre cuando las sustancias están en etapas diferentes y se desarrolla

sólo en la interfase.

Reacciones homogéneas: ocurre cuando los reactivos y productos están en una sola fase.

BIBLIOGRAFÍA

8. BIBLIOGRAFÍA

Guzmán Mora, Nora Yolanda et al. Química 10. Química general e inorgánica. Santillana, Santafé de Bogotá, 1996, 2ª ed. Leal Amaya, Julieth y Pérez, Nancy. Química, Ciclo V grado 10º. ITM, Medellín, 2006. Mondragón Martínez, César Humberto; Peña Gómez, Luz Yadira; Sánchez de Escobar, Martha; Arbeláez Escalante, Fernando; González Gutiérrez, Diana. Hipertexto Química 1. Editorial Santillana, 2010. Mora Penagos, William Manuel et al. Molécula I. Voluntad, Bogotá, 2003. Poveda Vargas, Julio César. Química 10º. Educar Editores, Bogotá. 2ª. ed. 1997. Restrepo Merino, Fabio & Jairo. Hola química tomo 1. Susaeta Ediciones. 1989.

Internet - Google: Balanceo de ecuaciones por tanteo y por oxido – reducción.

http://prepa8.unam.mx/academia/colegios/quimica/infocab/unidad121.html

http://tiempodeexito.com/quimicain/30.html