Ejercicios: La ecuación química y su ajuste

Al encender una hornilla de gas de la cocina, el metano ($\text{CH}_4$) reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. El esquema muestra las partículas de cada sustancia:

Señale cuáles son los reactivos y cuáles los productos de esta reacción.

Complete la frase con las palabras que faltan: «En una ecuación química, las sustancias que se transforman se llaman $\dots$ y se escriben a la $\dots$ de la flecha; las sustancias nuevas que se forman se llaman $\dots$ y se escriben a la $\dots$».

Lea con atención la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$ y explique con sus palabras qué cuenta: cuántas moléculas de cada sustancia reaccionan y cuántas moléculas se forman.

¿Qué significa el subíndice $2$ en $\text{H}_2$? ¿Y el coeficiente $2$ que aparece delante en $2\ \text{H}_2\text{O}$? Explique con sus palabras la diferencia entre subíndice y coeficiente.

Nadia dice: «Al quemar un papel desaparece materia, porque las cenizas pesan mucho menos que el papel original». ¿Tiene razón? Razone su respuesta pensando en todas las sustancias que intervienen y se forman, incluidos los gases.

¿Por qué hay que balancear las ecuaciones químicas antes de usarlas? Nombre la ley en la que se basa el balanceo y explíquela con una frase sencilla sobre lo que les ocurre a los átomos en una reacción.

Cuente los átomos de hidrógeno y de oxígeno que hay a cada lado de la ecuación $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, representada con partículas en la figura, y diga, sin cambiarla todavía, si está balanceada o no. Justifique su respuesta.

Ajuste por tanteo la ecuación de formación del agua: $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$. Escriba los coeficientes que necesita cada sustancia.

El gas natural de muchas casas es metano. Ajuste por tanteo su combustión: $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Indique los coeficientes en el orden en que aparecen las sustancias.

El amoniaco se fabrica en la industria a partir de nitrógeno e hidrógeno y luego se usa para hacer fertilizantes. Ajuste la ecuación: $\text{N}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{NH}_3$.

El magnesio de las bengalas y los fuegos artificiales arde con una luz blanca muy intensa y se forma óxido de magnesio. Ajuste la ecuación: $\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{MgO}$.

Cuando el hierro se oxida del todo se forma óxido de hierro(III). Ajuste la ecuación: $\text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3$. Compruebe después contando los átomos de cada elemento a ambos lados.

¿Cuántos átomos de cada elemento hay en total en $3\ \text{CO}_2$? ¿Y en $2\ \text{H}_2\text{O}$? La figura muestra esas moléculas:

Explique cómo se cuentan los átomos cuando una fórmula lleva un coeficiente delante.

En un recipiente cerrado se queman completamente $12\ \text{g}$ de carbono con $32\ \text{g}$ de oxígeno y se forma dióxido de carbono. El esquema representa el recipiente cerrado antes y después de la reacción:

¿Qué masa de dióxido de carbono se obtiene? ¿En qué ley se basa usted para afirmarlo sin necesidad de pesarlo?

La ecuación balanceada de la combustión del metano es $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Si se queman $5$ moléculas de metano:

1. a) ¿Cuántas moléculas de oxígeno se consumen?
2. b) ¿Cuántas moléculas de dióxido de carbono y cuántas de agua se forman?

Para «ajustar» la ecuación $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, un estudiante cambia el producto y escribe $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$. Explique por qué este truco está prohibido: qué sustancia es en realidad el $\text{H}_2\text{O}_2$ y qué significa cambiar un subíndice en una fórmula.

El butano de los cilindros de gas, $\text{C}_4\text{H}_{10}$, arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y agua.

1. a) Ajuste la ecuación: $\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
2. b) Compruebe, contando los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a ambos lados, que su ajuste cumple la conservación de los átomos.

En un recipiente cerrado, $10\ \text{g}$ de una sustancia A reaccionan por completo con $5\ \text{g}$ de una sustancia B y se obtienen $12\ \text{g}$ de una sustancia C junto con cierta masa de una sustancia D. El esquema resume las masas conocidas:

1. a) ¿Qué masa de D se formó?
2. b) Justifique el cálculo enunciando la ley que aplicó.

Colocamos una vela encendida sobre una balanza de precisión en dos situaciones:

1. a) Al aire libre: la balanza marca cada vez menos a medida que la vela se consume.
2. b) Dentro de una campana de vidrio hermética: la marca apenas cambia.

La figura muestra los dos montajes:

Explique los dos resultados usando la ley de conservación de la masa y razone si en alguno de los casos «desaparece» materia de verdad.

El agua oxigenada del botiquín, $\text{H}_2\text{O}_2$, se descompone poco a poco en agua y oxígeno.

1. a) Ajuste la ecuación: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
2. b) El frasco de agua oxigenada indica que hay que guardarlo bien cerrado y en un lugar fresco y oscuro. Relacione estas instrucciones con la reacción anterior y explique qué pasaría si no se siguieran.

La fina capa que protege de la corrosión a las piezas de aluminio de un avión se forma cuando el metal reacciona con el oxígeno del aire.

1. a) Ajuste la ecuación: $\text{Al} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3$.
2. b) Explique por qué, al ajustar por tanteo, conviene empezar por un elemento que aparece en una sola sustancia a cada lado de la flecha.

La ecuación ajustada de la formación del agua es $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Alguien propone dividir todos los coeficientes entre dos y escribir $\text{H}_2 + \frac{1}{2}\ \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$.

1. a) ¿Se cumpliría todavía la conservación de los átomos?
2. b) ¿Qué problema hay en hablar de «media molécula» de oxígeno?
3. c) Justifique por qué, por convenio, los coeficientes de una ecuación ajustada son números enteros y los más sencillos posibles.

Explique, usando el modelo de partículas, qué ocurre exactamente con los átomos en una reacción química: qué les pasa a los átomos de los reactivos, por qué su número total no cambia y en qué se diferencia una reacción química de simplemente mezclar sustancias. Ilustre su explicación con la reacción del hidrógeno con el oxígeno para formar agua, representada con partículas en la figura:

Algunos cohetes usan hidrógeno como combustible, que arde con oxígeno y forma vapor de agua.

1. a) Escriba la ecuación de la reacción y ajústela.
2. b) Si en un ensayo en tierra se queman $100$ moléculas de hidrógeno, ¿cuántas moléculas de oxígeno se consumen y cuántas de agua se forman?
3. c) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en total antes de la reacción? ¿Y después? Relacione su respuesta con la ley de conservación.