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lunes, 6 de octubre de 2025

Ejercicios de química resueltos. Estequiometría. Balance de ecuaciones químicas.

[Estequiometría de cantidad, masa y gases]

En esta sección abordaremos el balance de ecuaciones químicas desde una perspectiva básica y utilitaria, siguiendo lo recomendado por los textos de introducción a la química. Las cuatro técnicas de balanceo habitualmente enseñadas se dividen en dos grupos: las técnicas básicas y las electroquímicas. Estas últimas, que hacen uso de conceptos como la oxidación–reducción (redox) y otros principios relacionados, las estudiaremos más adelante en el capítulo de electroquímica, ya que están estrechamente vinculadas al diseño experimental de las celdas electroquímicas.

Aquí nos concentraremos únicamente en las dos técnicas básicas, que en realidad trabajaremos como una sola. El procedimiento consiste en aplicar un álgebra intuitiva: primero balanceamos de manera directa (al tanteo) todo lo que resulte sencillo, y solo recurrimos a plantear ecuaciones algebraicas para los casos más difíciles. De este modo, combinamos las virtudes de ambos métodos evitando sus limitaciones: la parálisis frente a lo complejo, o la pérdida de tiempo al plantear ecuaciones innecesarias.

Con este enfoque, lograremos mayor rapidez y menor margen de error, garantizando un aprendizaje más práctico y eficaz del balance de ecuaciones químicas.

Química de García

4.4.1. La reacción entre dicromato de potasio y sulfato ferroso en medio ácido es fundamental en valoraciones redox utilizadas para determinar hierro(II) en soluciones industriales. K₂Cr₂O₇ + 6 FeSO₄ + 7 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3 Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7 H₂O Dado que la ecuación está balanceada, indica la magnitud del número estequiométrico de cada sustancia involucrada. [garcia.4.4.1]

4.4.2. La oxidación del oxalato por permanganato de potasio en medio ácido es una reacción típica de laboratorio para estandarizar disoluciones. 2 KMnO₄ + 5 K₂C₂O₄ + 8 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 10 CO₂ + 6 K₂SO₄ + 8 H₂O Dado que la ecuación está balanceada, indica la magnitud del número estequiométrico de cada sustancia involucrada. [garcia.4.4.2]

4.4.3. La combustión del octano es un proceso energético esencial en motores de combustión interna, fuente principal de energía mecánica.2  C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O Dado que la ecuación está balanceada, indica la magnitud del número estequiométrico de cada sustancia involucrada. [garcia.4.4.3]

4.4.4. La síntesis del amoníaco mediante la reacción de nitrógeno e hidrógeno es base del proceso Haber-Bosch, vital para la producción de fertilizantes. N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ Dado que la ecuación está balanceada, indica la magnitud del número estequiométrico de cada sustancia involucrada. [garcia.4.4.4]

4.4.5. La fotosíntesis convierte dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno gracias a la energía solar, base de la vida vegetal. 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ Dado que la ecuación está balanceada, indica la magnitud del número estequiométrico de cada sustancia involucrada. [garcia.4.4.5]

4.4.6. El carbonato de calcio se descompone al calentarse para formar óxido de calcio y dióxido de carbono. Balancee la ecuación química. CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) [garcia.4.4.6]

4.4.7. El nitrato de amonio se descompone térmicamente para producir óxido de dinitrógeno y vapor de agua. Balancee la ecuación química. NH₄NO₃(s) → N₂O(g) + H₂O(g) [garcia.4.4.7]

4.4.8. El hidrógeno gaseoso y el oxígeno gaseoso reaccionan para formar agua. Balancee la ecuación química. H₂(g) + O₂(g) → H₂O(l) [garcia.4.4.8]

4.4.9. El hierro metálico reacciona con el azufre elemental para formar sulfuro de hierro(II). Balancee la ecuación química. Fe(s) + S₈(s) → FeS(s) [garcia.4.4.9]

4.4.10. El zinc metálico reacciona con ácido clorhídrico acuoso para producir cloruro de zinc y gas hidrógeno. Balancee la ecuación química. Zn(s) + HCl(ac) → ZnCl₂(ac) + H₂(g) [garcia.4.4.10]

4.4.11. El hierro metálico reacciona con una disolución de sulfato de cobre(II) para formar sulfato de hierro(II) y cobre metálico. Balancee la ecuación química. Fe(s) + CuSO₄(ac) → FeSO₄(ac) + Cu(s) [garcia.4.1.11]

4.4.12. El carbonato de sodio reacciona con ácido clorhídrico para producir cloruro de sodio, dióxido de carbono y agua. Balancee la ecuación química.
Na₂CO₃(ac) + HCl(ac) → NaCl(ac) + CO₂(g) + H₂O(l) [garcia.4.4.12]

4.4.13. El hidróxido de calcio reacciona con ácido sulfúrico para formar sulfato de calcio y agua. Balancee la ecuación química. Ca(OH)₂(ac) + H₂SO₄(ac) → CaSO₄(s) + H₂O(l) [garcia.4.4.13]

Química de Brown

Muestra 3.1 El siguiente diagrama representa una reacción química en la cual las esferas rojas son átomos de oxígeno y las esferas azules son átomos de nitrógeno. (a) Escribe las fórmulas químicas de los reactivos y de los productos. (b) Escribe la ecuación química balanceada de la reacción. (c) ¿Es el diagrama consistente con la ley de conservación de la masa[brown.15ed.m.3.1]

Práctica 3.1 En el siguiente diagrama, las esferas blancas representan átomos de hidrógeno y las esferas azules representan átomos de nitrógeno. Los dos reactivos se combinan para formar un solo producto, amoníaco (NH₃), que no se muestra. Escribe una ecuación química balanceada para la reacción. Con base en la ecuación y en el contenido del cuadro izquierdo (reactivos), ¿cuántas moléculas de NH₃ deberían mostrarse en el cuadro derecho (productos)? (a) 2 (b) 3 (c) 4 (d) 6 (e) 9 [brown.15ed.p.3.1]

Muestra 3.2 Balancea la siguiente ecuación: Na(s) + H₂O(l) → NaOH(ac) + H₂(g) [brown.15ed.m.3.2]

Práctica 3.2.a Balancea la siguiente ecuación completando los coeficientes faltantes: __ Fe(s) + __ O₂(g) → __ Fe₂O₃(s) [brown.15ed.p.3.2.a]

Práctica 3.2.b Balancea la siguiente ecuación completando los coeficientes faltantes: (b) __ Al(s) + __ HCl(ac) → __ AlCl₃(ac) + __ H₂(g) [brown.15ed.p.3.2.b]

Práctica 3.2.c Balancea la siguiente ecuación completando los coeficientes faltantes: (c) __ CaCO₃(s) + __ HCl(ac) → __ CaCl₂(ac) + __ CO₂(g) + __ H₂O(l) [brown.15ed.p.3.2.c]

3.1 ¿Cuántos átomos de oxígeno están representados por la notación 3 Mg(OH)₂? (a) 1 (b) 2 (c) 3 (d) 5 (e) 6 [Brown.15ed.3.1]

3.2 En el siguiente diagrama, las esferas blancas representan átomos de hidrógeno y las azules representan átomos de nitrógeno. Los dos reactivos se combinan para formar un solo producto, amoníaco (NH₃), que no se muestra. Escribe la ecuación química balanceada para la reacción. Con base en la ecuación y en el cuadro de los reactivos, ¿cuántas moléculas de NH₃ deberían mostrarse en el cuadro de los productos?
(a) 2 (b) 3 (c) 4 (d) 6 (e) 9 ver [brown.15ed.p.3.1]

3.3 La ecuación no balanceada para la reacción entre metano y bromo es: __ CH₄(g) + __ Br₂(l) → __ CBr₄(s) + __ HBr(g) Una vez balanceada con los enteros más pequeños posibles, ¿cuál es el valor del coeficiente delante del bromo, Br₂? (a) 1 (b) 2 (c) 3 (d) 4 (e) 6 [brown.15ed.3.3]

3.4 Escribe “verdadero” o “falso” para cada afirmación: (a) Balanceamos ecuaciones químicas porque la energía debe conservarse. (b) Si la reacción 2 O₃(g) → 3 O₂(g) ocurre completamente y todo el ozono se convierte en oxígeno, entonces la masa de O₃ al inicio debe ser igual a la masa de O₂ al final. (c) Puedes balancear la reacción de descomposición del agua H₂O(l) → H₂(g) + O₂(g) escribiéndola así: H₂O₂(l) → H₂(g) + O₂(g). [brown.15ed.3.4]

3.5.a Balancear la ecuación química. SiCl₄(l) + H₂O(l) → Si(OH)₄(s) + HCl(ac) [brown.15ed.3.5.a]

3.5.b Balancear la ecuación química. CO₂(g) + H₂O(l) → C₆H₁₂O₆(s) + O₂(g) [brown.15ed.3.5.b]

3.5.c Balancear la ecuación química. Al(OH)₃(s) + H₂SO₄(l) → Al₂(SO₄)₃(s) + H₂O(l) [brown.15ed.3.5.c]

3.5.d Balancear la ecuación química. H₃PO₄(ac) → H₄P₂O₇(ac) + H₂O(l) [brown.15ed.3.5.d]

3.6.a. Balancear la ecuación química: CaS(s) + H₂O(l) → Ca(HS)₂(ac) + Ca(OH)₂(ac) [brown.15ed.3.6.a]

3.6.b. Balancear la ecuación química: NH₃(g) + O₂(g) → NO(g) + H₂O(g) [brown.15ed.3.6.b]

3.6.c. Balancear la ecuación química: FeCl₃(s) + Na₂CO₃(ac) → Fe₂(CO₃)₃(s) + NaCl(ac) [brown.15ed.3.6.c]

3.6.d. Balancear la ecuación química: FeS₂(s) + O₂(g) → Fe₂O₃(s) + SO₂(g) [brown.15ed.e.3.6.d]

3.7.a. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción: El cianuro de potasio reacciona con una disolución acuosa de ácido sulfúrico para formar gas cianuro de hidrógeno. [brown.15ed.e.3.7.a]

3.7.b. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  Una disolución acuosa de nitrito de amonio (NH₄NO₂) reacciona con hidróxido de potasio para formar gas amoníaco, agua y nitrato metálico. (Nota del traductor, este ejercicio está incompleto, la reacción debe ocurrir en presencia de dioxígeno). [brown.15ed.3.7.b]

3.7.c. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción: Cuando el gas hidrógeno pasa sobre óxido de hierro(III) caliente y sólido, se produce hierro metálico y vapor de agua. [brown.15ed.3.7.c]

3.7.d. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  Cuando el ácido etanoico (CH₃COOH) líquido se quema, se forman dióxido de carbono y agua. [brown.15ed.3.7.d]

3.61 La reacción entre el reactivo A (esferas azules) y el reactivo B (esferas rojas) se muestra en el siguiente diagrama: Con base en este diagrama, ¿cuál ecuación describe mejor la reacción? (a) A₂ + B → A₂B (b) A₂ + 4 B → 2 AB₂
(c) 2 A + B₄ → 2 AB₂ (d) A + B₂ → AB₂ [brown.15ed.3.61]

3.69 Un paso clave al balancear ecuaciones químicas es identificar correctamente las fórmulas de reactivos y productos. Por ejemplo, considera la reacción entre óxido de calcio, CaO(s), y agua para formar hidróxido de calcio. (a) Escribe la ecuación balanceada para esta reacción de combinación, identificando correctamente el producto como Ca(OH)₂(ac). (b) ¿Es posible balancear la ecuación si identificas incorrectamente el producto como CaOH(ac)? Si es así, ¿cuál sería la ecuación? [brown.15ed.3.69]

3.70.a. Balancea la siguiente ecuación química: HClO₄(ac) + P₄O₁₀(s) → HPO₃(ac) + Cl₂O₇(l) [brown.15ed.3.70.a]

3.70.b. Balancea la siguiente ecuación química Au₂S₃(s) + H₂(g) → Au(s) + H₂S(g) [brown.15ed.3.70.b]

3.70.c. Balancea la siguiente ecuación química  Ba₃N₂(s) + H₂O(ac) → Ba(OH)₂(ac) + NH₃(g) [brown.15ed.3.70.c]

3.70.d. Balancea la siguiente ecuación química Na₂CO₃(ac) + HCl(ac) → NaCl(ac) + H₂O(l) + CO₂(g) [brown.15ed.3.70.d]

3.71.a. Balancea la siguiente ecuación química CF₄(l) + Br₂(g) → CBr₄(l) + F₂(g) [brown.15ed.3.71.a]

3.71.b. Balancea la siguiente ecuación química Cu(s) + HNO₃(ac) → Cu(NO₃)₂(ac) + NO₂(g) + H₂O(l) [brown.15ed.3.71.b]

3.71.c. Balancea la siguiente ecuación química MnO₂(s) + HCl(ac) → MnCl₂(s) + H₂O(l) + Cl₂(g) [brown.15ed.3.71.c]

3.71.d. Balancea la siguiente ecuación química KOH(ac) + H₃PO₄(ac) → K₃PO₄(ac) + H₂O(l) [brown.15ed.3.71.d]

3.72.a. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  Cuando el trióxido de azufre gaseoso reacciona con agua, se forma una disolución de ácido sulfúrico. [brown.15ed.3.72.a]

3.72.b. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  El sulfuro de boro (B₂S₃) sólido reacciona violentamente con agua para formar ácido bórico disuelto (H₃BO₃) y gas sulfuro de hidrógeno. [brown.15ed.3.72.b]

3.72.c. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  La fosfina (PH₃) gaseosa se quema en oxígeno para formar vapor de agua y óxido de tetrafósforo decaóxido sólido. [brown.15ed.3.72.c]

3.72.d. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  Cuando el nitrato de mercurio(II) sólido se calienta, se descompone para formar óxido de mercurio(II) sólido, dióxido de nitrógeno y oxígeno gaseoso. [brown.15ed.3.72.d]

3.72.e. Escribe una ecuación química balanceada que corresponda a la siguiente descripción:  El cobre metálico reacciona con ácido sulfúrico concentrado caliente para formar sulfato de cobre(II) acuoso, dióxido de azufre y agua. [brown.15ed.3.72.e]

Química de Chang

 Ejemplo 3.12 Cuando el aluminio metálico se expone al aire, se forma una capa protectora de óxido de aluminio (Al₂O₃) sobre su superficie. Esta capa evita una mayor reacción entre el aluminio y el oxígeno, y es la razón por la cual las latas de aluminio para bebidas no se corroen. [En el caso del hierro, el óxido de hierro(III) o herrumbre que se forma es demasiado poroso para proteger el metal subyacente, por lo que la oxidación continúa.] Escribe una ecuación química balanceada para la formación de Al₂O₃. [chang.10ed.e.3.12]

Práctica 3.12 Balancea la ecuación que representa la reacción entre óxido de hierro(III) (Fe₂O₃) y monóxido de carbono (CO) para producir hierro metálico (Fe) y dióxido de carbono (CO₂)[chang.10ed.p.3.12]

3.59.a Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. C + O₂ → CO [chang.10ed.3.59.a]

3.59.b Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. CO + O₂ → CO₂ [chang.10ed.3.59.b]

3.59.c Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. H₂ + Br₂ → HBr [chang.10ed.3.59.c]

3.59.d Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. K + H₂O → KOH + H₂ [chang.10ed.3.59.d]

3.59.e Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Mg + O₂ → MgO [chang.10ed.3.59.e]

3.59.f Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. O₃ → O₂ [chang.10ed.3.59.f]

3.59.g Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. H₂O₂ → H₂O + O₂ [chang.10ed.3.59.g]

3.59.h Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. N₂ + H₂ → NH₃ [chang.10ed.3.59.h]

3.59.i Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Zn + AgCl → ZnCl₂ + Ag [chang.10ed.3.59.i]

3.59.j Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. S₈ + O₂ → SO₂ [chang.10ed.3.59.j]

3.59.k Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O [chang.10ed.3.59.k]

3.59.l Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Cl₂ + NaI → NaCl + I₂ [chang.10ed.3.59.l]

3.59.m Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + H₂O [chang.10ed.3.59.m]

3.59.n Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. CH₄ + Br₂ → CBr₄ + HBr [chang.10ed.3.59.n]

3.60.a Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. N₂O₅ → N₂O₄ + O₂ [chang.10ed.3.60.a]

3.60.b Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. KNO₃ → KNO₂ + O₂ [chang.10ed.3.60.b]

3.60.c Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. NH₄NO₃ → N₂O + H₂O [chang.10ed.3.60.c]

3.60.d Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. NH₄NO₂ → N₂ + H₂O [chang.10ed.3.60.d]

3.60.e Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ [chang.10ed.3.60.e]

3.60.f Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. P₄O₁₀ + H₂O → H₃PO₄ [chang.10ed.3.60.f]

3.60.g Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + H₂O + CO₂ [chang.10ed.3.60.g]

3.60.h Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + H₂ [chang.10ed.3.60.h]

3.60.i Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. CO₂ + KOH → K₂CO₃ + H₂O [chang.10ed.3.60.i]

3.60.j Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O [chang.10ed.3.60.j]

3.60.k Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Be₂C + H₂O → Be(OH)₂ + CH₄ [chang.10ed.3.60.k]

3.60.l Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O [chang.10ed.3.60.l]

3.60.m Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. S + HNO₃ → H₂SO₄ + NO₂ + H₂O [chang.10ed.3.60.m]

3.60.n Balancea la siguiente ecuación química. Nota, no restringiremos el método púes el objetivo del curso es el resultado no la técnica. NH₃ + CuO → Cu + N₂ + H₂O [chang.10ed.3.60.n]

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E. Jr., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2022). Chemistry: The Central Science (15th ed., AP Edition). Pearson Savvas Higher Education.

Chang, R., & Overby, J. (2010). Chemistry (10th ed., AP Edition). McGraw Hill.

García García, J. L. (2025). Dimensional Analysis in Chemistry Textbooks 1900-2020 and an Algebraic Alternative. Educación química, 36(1), 82-108.

García García, J. L. (2025). Química general: Una guía moderna para bachillerato y universidad con enfoque algebraico. Ciencias de Joseleg. https://cienciasdejoseleg.blogspot.com/p/quimica-general-garcia.html

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