QuímicaDifícilProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2018 · Reserva 1 · Opción B

Enunciado

Opción B · Problema 6. Una muestra que contiene sulfuro de calcio se trata con ácido nítrico concentrado hasta reacción completa, según:

\text{CaS} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{NO} + \text{SO}_2 + \text{Ca(NO}_3)_2 + \text{H}_2\text{O}

a) Ajuste las reacciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.

b) Calcule la riqueza (%) en sulfuro de calcio de la muestra, sabiendo que al añadir ácido nítrico concentrado a

35\ \text{g}

de muestra se obtienen

18\ \text{L}

\text{NO}

, medidos a

20\ ^\circ\text{C}

700\ \text{mmHg}

.

Datos:

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

. Masas atómicas relativas:

\text{Ca} = 40

;

\text{S} = 32

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{CaS} + 4\,\text{HNO}_3 \to \text{SO}_2 + 2\,\text{NO} + \text{Ca(NO}_3)_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) Riqueza} = 71{,}0\ \%\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Estados de oxidación:

\text{S}: -2 \;(\text{en } \text{S}^{2-}) \rightarrow +4 \;(\text{en } \text{SO}_2) \qquad \textbf{pierde 6 } e^-

\text{N}: +5 \;(\text{en } \text{NO}_3^-) \rightarrow +2 \;(\text{en } \text{NO}) \qquad \textbf{gana 3 } e^-

Hay que multiplicar la reducción por 2 para igualar a 6 electrones.

Y el aviso de siempre con el

\text{HNO}_3

: no todo se reduce. De los 4 moles de la ecuación molecular, 2 se convierten en

\text{NO}

y los otros 2 forman el

\text{Ca(NO}_3)_2

. Para b), el dato experimental es el

\text{NO}

, así que se usa la relación

\text{CaS} : \text{NO} = 1:2

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación:

\text{S}^{2-} + 2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{SO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 6\,e^-

Semirreacción de reducción, 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 (

4\,\text{H}^+

2\,\text{H}_2\text{O}

aparecen a ambos lados):

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

Comprobación de cargas: izquierda

(-2) + (-2) + (+4) = 0

; derecha

0\ \checkmark

Ecuación molecular. Los

4\,\text{H}^+

obligan a 4 $\text{HNO}_3$ : dos de sus nitratos se reducen a

\text{NO}

y los otros dos forman el

\text{Ca(NO}_3)_2

con el calcio.

\text{CaS} + 4\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \text{SO}_2 + 2\,\text{NO} + \text{Ca(NO}_3)_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{Ca}

: 1 y 1;

\text{S}

: 1 y 1;

\text{N}

: 4 y

2 + 2 = 4

;

\text{H}

: 4 y 4;

\text{O}

: 12 y

2 + 2 + 6 + 2 = 12\ \checkmark

b) Riqueza de la muestra.

Moles de $\text{NO}$ obtenidos, con

T = 20 + 273 = 293\ \text{K}

P = 700/760 = 0{,}921\ \text{atm}

n(\text{NO}) = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{0{,}921 \cdot 18}{0{,}082 \cdot 293} = \frac{16{,}58}{24{,}03} = 0{,}690\ \text{mol}

Sulfuro de calcio que ha reaccionado, en relación

1\ \text{CaS} : 2\ \text{NO}

n(\text{CaS}) = \frac{0{,}690}{2} = 0{,}345\ \text{mol}

M(\text{CaS}) = 40 + 32 = 72\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} \qquad\Longrightarrow\qquad m(\text{CaS}) = 0{,}345 \cdot 72 = 24{,}8\ \text{g}

Riqueza:

\text{riqueza} = \frac{24{,}8}{35}\cdot 100 = \mathbf{71{,}0\ \%}

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

Consejo

El nitrógeno del $\text{HNO}_3$ puede reducirse a muchos productos según lo concentrado que esté el ácido y lo enérgico que sea el reductor. Deja que el enunciado te diga cuál es: aquí es $\text{NO}$ , con el nitrógeno a $+2$ y 3 electrones por átomo.

Al pasar a la molecular, no cuentes solo los nitratos que se reducen: hay que completar también los que acompañan al catión en la sal. Contar los átomos de N a ambos lados es la comprobación que lo cierra.

Y en b), usa la relación con el $\text{NO}$ , que es el dato experimental, no con el $\text{SO}_2$ ni con el ácido. La proporción $1:2$ entre $\text{CaS}$ y $\text{NO}$ es la que decide el resultado.