Opción A · Problema 6. El \text{HNO}_3 reacciona con el \text{H}_2\text{S} gaseoso originando azufre (\text{S}) y \text{NO}. a) Establezca la ecuación química molecular, ajustada por el método del ion-electrón. b) ¿Qué volumen de \text{H}_2\text{S}, medido a 70\ ^\circ\text{C} y 800\ \text{mmHg}, será necesario para reaccionar con 300\ \text{mL} de disolución 0{,}30\ \text{M} de \text{HNO}_3? ¿Cuál será el volumen de \text{NO} producido en las condiciones dadas? Datos: Masas atómicas: \text{S} = 32; \text{O} = 16; \text{N} = 14; \text{H} = 1. R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\text{K}^{-1}.

QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2017 · Reserva 3 · Opción A

Enunciado

Opción A · Problema 6. El

\text{HNO}_3

reacciona con el

\text{H}_2\text{S}

gaseoso originando azufre (

\text{S}

) y

\text{NO}

.

a) Establezca la ecuación química molecular, ajustada por el método del ion-electrón.

b) ¿Qué volumen de

\text{H}_2\text{S}

, medido a

70\ ^\circ\text{C}

800\ \text{mmHg}

, será necesario para reaccionar con

300\ \text{mL}

de disolución

0{,}30\ \text{M}

\text{HNO}_3

? ¿Cuál será el volumen de

\text{NO}

producido en las condiciones dadas?

Datos: Masas atómicas:

\text{S} = 32

;

\text{O} = 16

;

\text{N} = 14

;

\text{H} = 1

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{H}_2\text{S} + 2\,\text{HNO}_3 \to 3\,\text{S} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{H}_2\text{S}) = 3{,}61\ \text{L}; \qquad V(\text{NO}) = 2{,}40\ \text{L}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Estados de oxidación:

\text{S}: -2 \;(\text{en } \text{H}_2\text{S}) \rightarrow 0 \;(\text{en } \text{S}) \qquad \textbf{pierde 2 } e^-

\text{N}: +5 \;(\text{en } \text{NO}_3^-) \rightarrow +2 \;(\text{en } \text{NO}) \qquad \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.

Un detalle interesante de esta reacción: como el único producto de nitrógeno es el

\text{NO}

y no se forma ninguna sal de nitrato, todo el ácido se reduce. Por eso los coeficientes de la iónica y de la molecular coinciden.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación, multiplicada por 3:

3\,\text{H}_2\text{S} \longrightarrow 3\,\text{S} + 6\,\text{H}^+ + 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}

Sumando y simplificando los

6\,\text{H}^+

que aparecen a ambos lados:

3\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ \longrightarrow 3\,\text{S} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O} \qquad (\textbf{iónica})

Comprobación de cargas: izquierda

(-2) + (+2) = 0

; derecha

0\ \checkmark

Ecuación molecular, con los

2\,\text{H}^+

y los

2\,\text{NO}_3^-

procedentes del ácido:

3\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 3\,\text{S} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{S}

: 3 y 3;

\text{N}

: 2 y 2;

\text{H}

6 + 2 = 8

y 8;

\text{O}

: 6 y

2 + 4 = 6\ \checkmark

b) Volúmenes de $\text{H}_2\text{S}$ y de $\text{NO}$ .

n(\text{HNO}_3) = 0{,}300\ \text{L} \cdot 0{,}30\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} = 0{,}090\ \text{mol}

Cantidades según la estequiometría (

3\ \text{H}_2\text{S} : 2\ \text{HNO}_3 : 2\ \text{NO}

n(\text{H}_2\text{S}) = 0{,}090 \cdot \frac{3}{2} = 0{,}135\ \text{mol} \qquad\qquad n(\text{NO}) = 0{,}090\ \text{mol}

Condiciones de medida:

T = 70 + 273 = 343\ \text{K} \qquad\qquad P = \frac{800}{760} = 1{,}053\ \text{atm}

\frac{RT}{P} = \frac{0{,}082 \cdot 343}{1{,}053} = \frac{28{,}13}{1{,}053} = 26{,}72\ \text{L}\,\text{mol}^{-1}

V(\text{H}_2\text{S}) = 0{,}135 \cdot 26{,}72 = \mathbf{3{,}61\ L}

V(\text{NO}) = 0{,}090 \cdot 26{,}72 = \mathbf{2{,}40\ L}

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

Consejo

Fíjate en la diferencia con otros problemas de $\text{HNO}_3$ : aquí todo el ácido se reduce, porque no se forma ninguna sal de nitrato. Por eso el coeficiente molecular coincide con el iónico, algo poco habitual con este ácido.

Al simplificar la ecuación iónica, resta los $\text{H}^+$ que aparecen a ambos lados: de los 8 iniciales quedan 2, y ese es el coeficiente del $\text{HNO}_3$ en la molecular.

Y como los dos gases se miden en las mismas condiciones, calcula una sola vez el factor $RT/P$ y aplícalo a ambos. Ahorra tiempo y reduce el riesgo de error aritmético.