Ajuste redox y estequiometría

Números de oxidación

• $\text{Cl}_2$: elemento libre, Cl: 0.
• $\text{Cl}^-$: Cl: $-1$.
• $\text{ClO}_3^-$: O: $-2$, $x + 3(-2) = -1 \Rightarrow$ Cl: $+5$.

El cloro pasa de 0 a $-1$ (se reduce, gana 1 electrón por átomo) y de 0 a $+5$ (se oxida, pierde 5 electrones por átomo). El $\text{Cl}_2$ es a la vez el oxidante y el reductor.

a) Medio ácido

Semirreacción de reducción (el Cl ya está ajustado con un 2 delante del $\text{Cl}^-$):$$\text{Cl}_2 + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\text{Cl}^-$$Semirreacción de oxidación. Se ajusta el cloro (2 $\text{ClO}_3^-$), el oxígeno con 6 $\text{H}_2\text{O}$ a la izquierda, el hidrógeno con 12 $\text{H}^+$ a la derecha y la carga con electrones (a la izquierda la carga es 0; a la derecha, $-2 + 12 = +10$):$$\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^-$$Se igualan los electrones multiplicando la reducción por 5 y se suman:$$\begin{array}{rcl} 5\,\text{Cl}_2 + 10\,e^- & \longrightarrow & 10\,\text{Cl}^- \\ \text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} & \longrightarrow & 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^- \\ \hline 6\,\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} & \longrightarrow & 10\,\text{Cl}^- + 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ \end{array}$$Todos los coeficientes son pares; se simplifican dividiendo entre 2:$$3\,\text{Cl}_2(g) + 3\,\text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow 5\,\text{Cl}^-(aq) + \text{ClO}_3^-(aq) + 6\,\text{H}^+(aq)$$Comprobación: Cl, $6 = 5 + 1$; O, $3 = 3$; H, $6 = 6$; carga, $0 = -5 - 1 + 6$.

b) Medio básico

En medio básico no puede haber $\text{H}^+$ libres. Se añaden a los dos lados tantos $\text{OH}^-$ como $\text{H}^+$ hay (6), que forman agua con ellos:$$3\,\text{Cl}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O} + 6\,\text{OH}^- \longrightarrow 5\,\text{Cl}^- + \text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}_2\text{O}$$Se simplifica el agua que aparece a los dos lados ($6 - 3 = 3$ a la derecha):$$3\,\text{Cl}_2(g) + 6\,\text{OH}^-(aq) \longrightarrow 5\,\text{Cl}^-(aq) + \text{ClO}_3^-(aq) + 3\,\text{H}_2\text{O}(l)$$Comprobación: Cl, $6 = 6$; O, $6 = 3 + 3$; H, $6 = 6$; carga, $-6 = -5 - 1$.

Se llega a lo mismo ajustando directamente cada semirreacción en medio básico. La oxidación sería:$$\text{Cl}_2 + 12\,\text{OH}^- \longrightarrow 2\,\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}_2\text{O} + 10\,e^-$$y, sumada con cinco veces la reducción y dividida entre 2, da la misma ecuación. Es la reacción del cloro con una disolución caliente de hidróxido de sodio, que produce cloruro y clorato:$$3\,\text{Cl}_2 + 6\,\text{NaOH} \longrightarrow 5\,\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\,\text{H}_2\text{O}$$