QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2017 · Septiembre · Opción A

Enunciado

Opción A · Problema 6. El monóxido de nitrógeno (

\text{NO}

) se prepara según la reacción:

\text{Cu} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}

a) Ajuste la reacción molecular por el método del ion-electrón.

b) Calcule la masa de

\text{Cu}

que se necesita para obtener

0{,}5\ \text{L}

\text{NO}

medidos a

750\ \text{mmHg}

25\ ^\circ\text{C}

.

Datos: Masa atómica:

\text{Cu} = 63{,}5

R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\text{K}^{-1}

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } 3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \to 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } m(\text{Cu}) = 1{,}92\ \text{g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Estados de oxidación:

\text{Cu}: 0 \rightarrow +2 \quad \textbf{pierde 2 } e^- \qquad\qquad \text{N}: +5 \rightarrow +2 \quad \textbf{gana 3 } e^-

El mínimo común múltiplo de 2 y 3 es 6: la oxidación se multiplica por 3 y la reducción por 2.

Y el aviso habitual con el

\text{HNO}_3

: no todo se reduce. De los 8 moles de la ecuación molecular, 2 se convierten en

\text{NO}

y los otros 6 forman los tres

\text{Cu(NO}_3)_2

. Para b), el dato experimental es el

\text{NO}

, así que se usa la relación

\text{Cu} : \text{NO} = 3:2

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación, multiplicada por 3:

3\,\text{Cu} \longrightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 6\,e^-

Semirreacción de reducción (medio ácido), multiplicada por 2:

2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Ecuación iónica (suma directa):

3\,\text{Cu} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \longrightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación de cargas: izquierda

(-2) + (+8) = +6

; derecha

3(+2) = +6\ \checkmark

Ecuación molecular. Los

8\,\text{H}^+

obligan a 8 $\text{HNO}_3$ : dos de sus nitratos se reducen a

\text{NO}

y los seis restantes acompañan a los tres cationes

\text{Cu}^{2+}

3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{Cu}

: 3 y 3;

\text{N}

: 8 y

6 + 2 = 8

;

\text{H}

: 8 y 8;

\text{O}

: 24 y

18 + 2 + 4 = 24\ \checkmark

b) Masa de cobre necesaria.

Moles de $\text{NO}$ , con

T = 25 + 273 = 298\ \text{K}

P = 750/760 = 0{,}987\ \text{atm}

n(\text{NO}) = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{0{,}987 \cdot 0{,}5}{0{,}082 \cdot 298} = \frac{0{,}493}{24{,}44} = 2{,}02\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Cobre necesario, en relación

3\ \text{Cu} : 2\ \text{NO}

n(\text{Cu}) = 2{,}02\cdot 10^{-2} \cdot \frac{3}{2} = 3{,}03\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

m = 3{,}03\cdot 10^{-2} \cdot 63{,}5 = \mathbf{1{,}92\ g}

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

El nitrógeno del $\text{HNO}_3$ se reduce a productos distintos según su concentración: a $\text{NO}_2$ con ácido concentrado y a $\text{NO}$ con ácido diluido, como aquí. Cada caso implica un número distinto de electrones, así que léelo en el enunciado.

Al pasar de la iónica a la molecular, cuenta también los nitratos que no se reducen y forman la sal. Es lo que eleva el coeficiente del ácido de 2 a 8, y comprobar el balance de nitrógeno lo confirma.

Y en b), usa la relación con el $\text{NO}$ , que es lo que se mide, no con el ácido. La proporción $3:2$ entre cobre y monóxido es la que decide el resultado.