Clasificación de las reacciones químicas

La reacción básica de la industria de los fertilizantes es la síntesis del amoniaco: $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. El esquema la representa con el modelo de partículas:

1. a) ¿A qué tipo pertenece según su estructura: síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución?
2. b) Justifícalo a partir del número de reactivos y de productos de la ecuación.

Clasifica cada una de estas reacciones como síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución, justificando la elección en cada caso:

1. a) $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$ (motor de hidrógeno)
2. b) $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$ (electrólisis del agua en la Estación Espacial Internacional para obtener oxígeno respirable)
3. c) $\text{Zn} + 2\ \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ (zinc con ácido en el laboratorio)
4. d) $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralización)

En los hornos de las cementeras la piedra caliza se transforma según $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Clasifica la reacción según su estructura y justifícalo.
2. b) Nombra los dos productos, sabiendo que el $\text{CaO}$ es la cal viva usada en construcción.

Se quiere obtener cloruro de sodio en el laboratorio por tres vías distintas. Escribe y ajusta una ecuación de cada tipo y clasifícala:

1. a) Una síntesis a partir de los elementos sodio y cloro.
2. b) Una neutralización entre un ácido y una base adecuados.
3. c) Una doble sustitución entre carbonato de sodio y cloruro de calcio, en la que precipita carbonato de calcio.
4. d) La sal común se obtiene industrialmente evaporando agua de mar en salinas: razona por qué ese proceso industrial no es una reacción química, aunque produzca la misma sustancia.

En el laboratorio, al mezclar sendas disoluciones incoloras de nitrato de plata y de cloruro de sodio aparece un sólido blanco que cae al fondo del tubo: $\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$. El tubo se representa en la figura.

1. a) Explica qué es un precipitado y señala cuál es en esta reacción.
2. b) Razona por qué esta reacción se clasifica como doble sustitución (o de intercambio).

El ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio reaccionan según $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Señala cuál de los reactivos es el ácido y cuál es la base.
2. b) Nombra los dos tipos de sustancias que se forman siempre en una reacción de neutralización.
3. c) Indica a qué tipo estructural (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) pertenece la neutralización.

Al mezclar en un vaso disoluciones incoloras de nitrato de plomo(II) y de yoduro de potasio aparece un llamativo precipitado amarillo de yoduro de plomo(II); en la disolución queda disuelto nitrato de potasio. Observa el esquema:

1. a) Escribe y ajusta la ecuación de la reacción.
2. b) Clasifícala según su estructura y justifica por qué recibe el nombre de reacción de precipitación.

Un estudiante afirma que la neutralización $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ es una reacción redox «porque en ella se intercambian partículas».

1. a) Asigna los números de oxidación de todos los elementos (H: $+1$; Cl: $-1$; Na: $+1$; O: $-2$) en cada sustancia de ambos miembros.
2. b) Comprueba si cambia alguno al pasar de reactivos a productos.
3. c) Valora la afirmación del estudiante: explica la diferencia entre el intercambio de iones de una doble sustitución y la transferencia de electrones de un proceso redox.

La combustión del gas natural se escribe $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Usa los números de oxidación: en el $\text{CH}_4$ el carbono actúa con $-4$, en el $\text{CO}_2$ con $+4$; el oxígeno vale $0$ en el $\text{O}_2$ y $-2$ en los productos.

1. a) Indica qué elemento aumenta su número de oxidación (se oxida) y cuál lo disminuye (se reduce).
2. b) El que cede electrones es el reductor y el que los capta, el oxidante: identifícalos.
3. c) Concluye si toda combustión es, en el fondo, una reacción de oxidación-reducción.

Compara estas dos reacciones de formación del cloruro de sodio:

1. a) $2\ \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{NaCl}$ (síntesis a partir de los elementos)
2. b) $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralización)

Asigna los números de oxidación del sodio y del cloro en ambos miembros de cada ecuación y decide cuál de las dos es un proceso redox (con transferencia de electrones) y cuál no, justificándolo.

Para soldar in situ los rieles del ferrocarril se usa la reacción de la termita: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Fe}$, tan exotérmica que el hierro se obtiene fundido. El montaje de la soldadura se esquematiza en la figura.

1. a) Clasifícala por su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) y justifícalo.
2. b) Asigna los números de oxidación del hierro y del aluminio a ambos lados ($+3$ en los óxidos, $0$ en los metales) e identifica el oxidante y el reductor.
3. c) Relaciona el carácter exotérmico de la reacción con su utilidad para esta soldadura y explica por qué no importa que el otro producto sea un óxido.

La corrosión del acero de los barcos puede resumirse en $4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3$. Para proteger los cascos se fijan a ellos bloques de zinc, llamados ánodos de sacrificio, que se van gastando en lugar del hierro. La disposición de los bloques se muestra en la figura.

1. a) Clasifica la reacción de corrosión por su estructura y, asignando números de oxidación ($0$ en los elementos, $+3$ y $-2$ en el óxido), comprueba que también es redox: ¿qué se oxida?
2. b) El zinc se oxida con más facilidad que el hierro (cede antes sus electrones). Razona, con ese dato, por qué los bloques de zinc evitan que se oxide el casco.
3. c) Explica por qué esos bloques deben reponerse periódicamente y qué ocurriría si no se repusieran.

La serie de reactividad de algunos metales (de más a menos reactivo) es: $\text{K} > \text{Ca} > \text{Na} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > \text{H} > \text{Cu} > \text{Ag}$. Un metal desplaza de sus compuestos a los que están a su derecha en la serie, y solo los situados a la izquierda del hidrógeno reaccionan con los ácidos desprendiendo $\text{H}_2$.

Predice, justificándolo con la serie, si se producirá reacción en cada caso y escribe la ecuación balanceada cuando la haya:

1. a) Cobre con ácido clorhídrico.
2. b) Zinc con ácido clorhídrico (productos: cloruro de zinc e hidrógeno).
3. c) Plata con disolución de sulfato de cobre(II).
4. d) Zinc con disolución de sulfato de cobre(II) (productos: sulfato de zinc y cobre).

El conocido experimento del «volcán efervescente» (y los antiácidos efervescentes) mezcla un carbonato con un ácido. Con carbonato de sodio y ácido clorhídrico la reacción global es $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\ \text{HCl} \rightarrow 2\ \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

1. a) Clasifica la reacción global por su estructura.
2. b) En realidad el intercambio produce primero ácido carbónico, $\text{H}_2\text{CO}_3$, un compuesto inestable que se descompone en agua y dióxido de carbono: escribe y ajusta esa segunda ecuación y clasifícala.
3. c) Concluye que una transformación observada en el laboratorio puede ser el encadenamiento de dos reacciones de tipos distintos, y relaciona el burbujeo con el gas formado.

La fotosíntesis puede resumirse en $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$.

1. a) Intenta clasificarla por su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) y comenta por qué no encaja limpiamente en ninguno de los cuatro tipos.
2. b) Asigna los números de oxidación del carbono ($+4$ en el $\text{CO}_2$; valor medio $0$ en la glucosa) y del oxígeno ($-2$ en el agua; $0$ en el $\text{O}_2$) e identifica qué elemento se oxida y cuál se reduce.
3. c) Concluye qué criterio de clasificación (la estructura o la transferencia electrónica) resulta más general para procesos como la fotosíntesis o la respiración celular, que es su reacción inversa.