Saltar al contenido

Reacciones Químicas

AP Química · Tema 4

Entrenar
Lección de video para este tema Abrir la página de video
7:42

Reacciones químicas

Una tira de magnesio metálico. Tócalo con una llama y arde —combustión— con una luz tan brillante que no se puede mirar. Lo que queda ya no es magnesio. Es…

Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla

4.1

Reconocer una Reacción Química

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.1.A: Identificar evidencia de cambios químicos y físicos en la materia.

  • 4.1.A.1 Un cambio físico ocurre cuando una sustancia experimenta un cambio en sus propiedades, pero no en su composición. Los cambios de fase de una sustancia (sólido, líquido, gas) o la formación/separación de mezclas de sustancias son cambios físicos comunes.
  • 4.1.A.2 Un cambio químico ocurre cuando las sustancias se transforman en nuevas sustancias, generalmente con composiciones diferentes. La producción de calor o luz, la formación de un gas, la formación de un precipitado y/o el cambio de color proporcionan posibles evidencias de que ha ocurrido un cambio químico.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Magnesio ardiendo: una reacción química reorganiza los átomos y libera energía como luz y calor
Magnesio ardiendo: una reacción química reorganiza los átomos y libera energía como luz y calor

Una reacción química 化学反应 reorganiza los átomos en nuevas sustancias. Señales de que ha ocurrido: un cambio de color, formación de un gas o un precipitado 沉淀, o un cambio de temperatura. Los átomos se conservan, por lo que una ecuación debe estar balanceada – con la misma cantidad de cada elemento en ambos lados.

4.2

Ecuaciones Iónicas Netas

Syllabus

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

  • 4.2.A.1 Todos los procesos físicos y químicos pueden representarse simbólicamente mediante ecuaciones balanceadas.
  • 4.2.A.2 Las ecuaciones químicas representan cambios químicos. Estos cambios son el resultado de un reordenamiento de átomos en nuevas combinaciones; por lo tanto, cualquier representación de un cambio químico debe contener igual número de átomos de cada elemento antes y después de que ocurrió el cambio. Así, las ecuaciones demuestran que la masa y la carga se conservan en las reacciones químicas.
  • 4.2.A.3 Las ecuaciones moleculares balanceadas, las ecuaciones iónicas completas y las ecuaciones iónicas netas son formas simbólicas diferentes utilizadas para representar una reacción química. La forma utilizada para representar la reacción depende del contexto en el que se vaya a usar.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Para reacciones en agua, los compuestos iónicos se dividen en iones. Una ecuación iónica neta 净离子方程式 muestra solo las especies que realmente cambian, omitiendo los iones espectadores 旁观离子 que aparecen sin cambios en ambos lados. Captura la química real (por ejemplo, $\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl}(s)$).

Mezclar dos soluciones puede formar un precipitado insoluble
Mezclar dos soluciones puede formar un precipitado insoluble
4.3

Tres Formas de Representar una Reacción

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.3.A: Representar una reacción química o proceso físico dado mediante un modelo particular coherente.

  • 4.3.A.1 Las ecuaciones químicas balanceadas en sus diversas formas pueden traducirse en representaciones simbólicas a nivel particular.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La misma reacción puede mostrarse como una ecuación simbólica, un dibujo particulado (átomos y moléculas) y una observación macroscópica (lo que ves). Moverse entre estos niveles – conectar la ecuación con las partículas y con el vaso de precipitados – es una habilidad fundamental.

Una ecuación balanceada tiene la misma cantidad de cada átomo en ambos lados
Una ecuación balanceada tiene la misma cantidad de cada átomo en ambos lados
4.4

Cambios Físicos versus Cambios Químicos

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.4.A: Explicar la relación entre las características macroscópicas y las interacciones de enlaces para: i. Procesos químicos. ii. Procesos físicos.

  • 4.4.A.1 Los procesos que implican la ruptura y/o formación de enlaces químicos se clasifican típicamente como procesos químicos. Los procesos que involucran únicamente cambios en las interacciones intermoleculares, tales como los cambios de fase, se clasifican típicamente como procesos físicos.
  • 4.4.A.2 A veces, los procesos físicos implican la ruptura de enlaces químicos. Por ejemplo, pueden presentarse argumentos plausibles para considerar la disolución de una sal en agua como un proceso físico o químico, ya que implica la ruptura de enlaces iónicos y la formación de interacciones ion-dipolo entre los iones y el solvente.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Un cambio físico 物理变化 altera la forma pero no la identidad (fusión, disolución); un cambio químico 化学变化 crea nuevas sustancias al romper y formar enlaces. Disolver sal es físico; la sal no cambia y es recuperable.

4.5

Estequiometría

Syllabus

Objetivo de aprendizaje 4.5.A: Explicar los cambios en las cantidades de reactivos y productos basándose en la ecuación de reacción balanceada para un proceso químico.

  • 4.5.A.1 Dado que los átomos deben conservarse durante un proceso químico, es posible calcular las cantidades de producto utilizando las cantidades conocidas de reactivos, o calcular las cantidades de reactivos dadas las cantidades conocidas de producto.
  • 4.5.A.2 Los coeficientes de las ecuaciones químicas balanceadas contienen información sobre la proporcionalidad de las cantidades de sustancias involucradas en la reacción. Estos valores pueden utilizarse en cálculos químicos que involucran el concepto de mol.
  • 4.5.A.3 Los cálculos estequiométricos pueden combinarse con la ley de los gases ideales y cálculos que involucran molaridad para estudiar cuantitativamente gases y soluciones.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Estequiometría 化学计量 usa las proporciones molares de la ecuación balanceada para relacionar las cantidades de reactivos y productos. El camino siempre es gramos → moles → (proporción molar) → moles → gramos. El reactivo limitante 限量反应物 se agota primero y determina el producto máximo (el rendimiento teórico 理论产量); el rendimiento porcentual compara el real con el teórico.

El reactivo limitante se agota primero y decide cuánto producto se forma
El reactivo limitante se agota primero y decide cuánto producto se forma

Ejemplo resuelto. ¿Cuánta agua se forma cuando $4.0\ \text{g}$ de hidrógeno quema en exceso de oxígeno? $2\text{H}_2+\text{O}_2\rightarrow2\text{H}_2\text{O}$. Convertir a moles, cruzar la proporción molar ($2:2=1:1$ aquí), convertir de nuevo:

$$n(\text{H}_2)=\frac{4.0}{2.0}=2.0\ \text{mol}\;\Rightarrow\;n(\text{H}_2\text{O})=2.0\ \text{mol}\;\Rightarrow\;m=2.0\times18=36\ \text{g}.$$

Ejemplo resuelto (reactivo limitante). $10.0\ \text{g}$ de N$_2$ reacciona con $5.0\ \text{g}$ de H$_2$ ($\text{N}_2+3\text{H}_2\rightarrow2\text{NH}_3$). ¿Cuál se agota? Moles: $n(\text{N}_2)=10.0/28=0.36$, $n(\text{H}_2)=5.0/2=2.5$. La reacción necesita $3$ H$_2$ por N$_2$; tienes $2.5/0.36=7.0$, mucho más que $3$, así que N$_2$ es limitante. Produce $2\times0.36=0.72\ \text{mol}$ de amoníaco, con hidrógeno sobrante.

Explorar

Escalar reactivos y productos según la relación molar

Una ecuación balanceada fija la relación molar entre las especies. La cantidad de producto es proporcional al reactivo limitante, escalada por esa relación.

4.6

Introducción a la Titulación

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.6.A: Identificar el punto de equivalencia en una titulación basándose en las cantidades del titulante y el analito, asumiendo que la reacción de titulación se completa por completo.

  • 4.6.A.1 Las titulaciones pueden utilizarse para determinar la cantidad de un analito en solución. El titulante tiene una concentración conocida de una especie que reacciona específica y cuantitativamente con el analito. El punto de equivalencia de la titración ocurre cuando el analito se consume completamente por la especie reactiva presente en el titulante. El punto de equivalencia a menudo se indica mediante un cambio en una propiedad (como el color) que ocurre al alcanzar dicho punto. Este evento observable se denomina punto final de la titulación.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Una curva de titulación ácido-base

Una titulación 滴定 encuentra una concentración desconocida reaccionándola con una solución de concentración conocida hasta alcanzar el punto de equivalencia 等当点 (estequiométricamente iguales). A partir del volumen y la concentración conocidos, usa la proporción molar para encontrar lo desconocido. Un indicador o una curva de pH señala el punto final.

Equipo de valoración: una bureta introduce una solución conocida en un matraz cónico
Aparato de titulación: una bureta entrega una solución conocida en un matraz cónico

Ejemplo resuelto. $25.0\ \text{mL}$ de ácido clorhídrico es exactamente neutralizado por $30.0\ \text{mL}$ de $0.100\ \text{M}$ NaOH. Encuentra la concentración del ácido. La reacción es $1:1$, por lo que los moles coinciden:

$$n(\text{NaOH})=0.0300\times0.100=3.00\times10^{-3}\ \text{mol}=n(\text{HCl}),\qquad [\text{HCl}]=\frac{3.00\times10^{-3}}{0.0250}=0.120\ \text{M}.$$

Una configuración de titulación: volúmenes reactivos desde una bureta encuentran la concentración de una solución desconocida
Una configuración de titulación: volúmenes reactivos desde una bureta encuentran la concentración de una solución desconocida
Explorar

Titular un ácido y encontrar el punto de equivalencia

Añadir base a un ácido eleva el pH lentamente, luego bruscamente en el punto de equivalencia donde los moles de ácido y base son iguales. El salto pronunciado localiza ese volumen.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
chemical reaction/ˈkemɪkl rɪˈækʃn/ 化学反应 huà xué fǎn yìng
precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ 沉淀 chén diàn
net ionic equation/net aɪˈɒnɪk ɪˈkweɪʒn/ 净离子方程式 jìng lí zi fāng chéng shì
spectator ions/spekˈteɪtə ˈaɪɒnz/ 旁观离子 páng guān lí zi
physical change/ˈfɪzɪkl tʃeɪndʒ/ 物理变化 wù lǐ biàn huà
chemical change/ˈkemɪkl tʃeɪndʒ/ 化学变化 huà xué biàn huà
Stoichiometry/ˌstəʊɪkɪˈɒmətri/ 化学计量 huà xué jì liàng
limiting reactant/ˈlɪmɪtɪŋ rɪˈæktənt/ 限量反应物 xiàn liàng fǎn yìng wù
theoretical yield/θɪəˈretɪkl jiːld/ 理论产量 lǐ lùn chǎn liàng
titration/taɪˈtreɪʃn/ 滴定 dī dìng
equivalence point/ɪˈkwɪvələns pɔɪnt/ 等当点 děng dāng diǎn
acid/ˈæsɪd/ 酸 suān
4.7

Tipos de Reacciones Químicas

Syllabus

Objetivo de aprendizaje 4.7.A: Identificar una reacción como ácido-base, oxidación-reducción o precipitación.

  • 4.7.A.1 Las reacciones ácido-base implican la transferencia de uno o más protones (iones $\text{H}^+$) entre especies químicas.
  • 4.7.A.2 Las reacciones de oxidación-reducción (redox) implican la transferencia de uno o más electrones entre especies químicas, lo cual se indica mediante cambios en los números de oxidación de las especies involucradas. La combustión es una subclase importante de las reacciones de oxidación-reducción, en la que una especie reacciona con oxígeno gaseoso. En el caso de los hidrocarburos, el dióxido de carbono y el agua son productos de la combustión completa.
  • 4.7.A.3 En una reacción redox, los electrones se transfieren desde la especie que se oxida hacia la especie que se reduce.
    • Enunciado de exclusión: El significado de los términos "agente reductor" y "agente oxidante" no será evaluado en el Examen AP.
  • 4.7.A.4 Los números de oxidación pueden asignarse a cada átomo en los reactivos y productos; esta es a menudo una forma efectiva de identificar las especies que se oxidan y las que se reducen en una reacción redox.
  • 4.7.A.5 Las reacciones de precipitación frecuentemente implican la mezcla de iones en solución acuosa para producir un compuesto iónico insoluble o poco soluble. Todas las sales de sodio, potasio, amonio y nitrato son solubles en agua.
    • Enunciado de exclusión: La memorización mecánica de las "reglas de solubilidad" distintas a las implícitas en 4.7.A.5 no será evaluada en el Examen AP.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Los patrones comunes incluyen síntesis (combinación), descomposición (ruptura), combustión (con oxígeno, liberando energía), precipitación (formación de un sólido insoluble), ácido-base (transferencia de protones) y redox (transferencia de electrones). Reconocer el tipo ayuda a predecir los productos.

4.8

Reacciones Ácido-Base

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.8.A: Identificar especies como ácidos y bases de Brønsted-Lowry, y/o pares ácido-base conjugados, basándose en la transferencia de protones que involucra a dichas especies.

  • 4.8.A.1 Por definición, un ácido de Brønsted-Lowry es un donante de protones y una base de Brønsted-Lowry es un aceptor de protones.
  • 4.8.A.2 Solo en soluciones acuosas, el agua desempeña un papel importante en muchas reacciones ácido-base, ya que su estructura molecular le permite aceptar protones de y donar protones a especies disueltas.
  • 4.8.A.3 Cuando un ácido o una base se ioniza en agua, se pueden identificar los pares ácido-base conjugados y comparar sus fuerzas relativas.
    • Afirmación de exclusión: Los conceptos de ácido-base de Lewis no serán evaluados en el Examen AP. El enfoque en la Química AP está en las reacciones en solución acuosa.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Un ácido 酸 dona un protón ($\text{H}^+$); una base 碱 acepta uno (Brønsted–Lowry). Reaccionan para formar agua y una sal: $\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}$. Los ácidos y bases fuertes se disocian completamente; los débiles solo parcialmente.

Bronsted-Lowry: un ácido dona un protón a una base, formando dos pares conjugados
Bronsted-Lowry: un ácido dona un protón a una base, formando dos pares conjugados
Explorar

Moverse a lo largo de la escala de pH

pH mide qué tan ácido o básico es una solución. Cada paso de 1 unidad de pH es un cambio diez veces mayor en la concentración de iones hidrógeno; 7 es neutro, por debajo es ácido, por encima es básico.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
base/beɪs/ 碱 jiǎn
4.9

Reacciones de Oxidación-Reducción (Redox)

Syllabus

Objetivo de Aprendizaje 4.9.A: Representar una ecuación balanceada de una reacción redox mediante semirreacciones.

  • 4.9.A.1 Las ecuaciones químicas balanceadas para reacciones redox pueden construirse a partir de semirreacciones.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

En una reacción redox 氧化还原, los electrones se transfieren entre especies. La oxidación 氧化 es pérdida de electrones (el número de oxidación aumenta); la reducción 还原 es ganancia (el número de oxidación disminuye). Rastrea los cambios con números de oxidación, y recuerda que toda oxidación está emparejada con una reducción – los electrones perdidos igualan a los ganados.

Redox es transferencia de electrones: el agente reductor se oxida, el agente oxidante se reduce
Redox es transferencia de electrones: el agente reductor se oxida, el agente oxidante se reduce

Ejemplo resuelto. Encuentra el número de oxidación del manganeso en permanganato, $\text{KMnO}_4$. El potasio es $+1$ y cada oxígeno es $-2$ (cuatro de ellos, $-8$). La fórmula completa es neutra, así que $(+1)+\text{Mn}+(-8)=0$, dando $\text{Mn}=+7$ – su máximo, por lo que el permanganato es un potente agente oxidante (solo puede ganar electrones).

Explorar

Observar la transferencia de electrones en una reacción redox

En una reacción redox, una especie se oxida (pierde electrones) y otra se reduce (los gana). Siga el movimiento de los electrones desde el metal hacia el no metal.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
redox/rɪˈdɒks/ 氧化还原 yǎng huà huán yuán
Oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 氧化 yǎng huà
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 还原 huán yuán
4.9

Consejos para el examen

  • Balancea cada ecuación y trabaja en moles – convierte gramos a moles, cruza la proporción molar y luego convierte de nuevo.
  • Encuentra el reactivo limitante comparando proporciones molares; este establece el producto máximo (rendimiento teórico).
  • En redox, recuerda OIL RIG: oxidación es pérdida de electrones, reducción es ganancia; toda oxidación está emparejada con una reducción.
  • Para titulaciones usa la proporción balanceada para vincular lo conocido y lo desconocido en el punto de equivalencia.
  • Una ecuación iónica neta muestra solo las especies que cambian; omite los iones espectadores.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

Exámenes Anteriores

Más temas en AP Química

Iniciar sesión o crear cuenta

IGCSE, A-Level & AP