QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2018 · Reserva 2 · Opción B

Enunciado

Opción B · Problema 6. Una moneda antigua de

25{,}2\ \text{g}

, que contiene

\text{Ag}

e impurezas inertes, se hace reaccionar con un exceso de

\text{HNO}_3

. Teniendo en cuenta que los productos de reacción son

\text{AgNO}_3

\text{NO}

\text{H}_2\text{O}

:

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

b) Calcule el porcentaje en masa de

\text{Ag}

en la moneda si en la reacción se desprenden

0{,}75\ \text{L}

de gas monóxido de nitrógeno, medido a

20\ ^\circ\text{C}

750\ \text{mmHg}

.

Datos:

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

. Masa atómica relativa:

\text{Ag} = 108

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

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

\boxed{\;\textbf{b) } 39{,}6\ \%\ \text{de plata}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Estados de oxidación:

\text{Ag}: 0 \rightarrow +1 \quad \textbf{pierde 1 } e^- \qquad\qquad \text{N}: +5 \rightarrow +2 \quad \textbf{gana 3 } e^-

Hay que multiplicar la oxidación por 3 para igualar los electrones.

Y el aviso habitual con el

\text{HNO}_3

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

\text{NO}

y los otros tres forman el

\text{AgNO}_3

. Para b), el dato experimental es el

\text{NO}

, así que se usa la relación

\text{Ag} : \text{NO} = 3:1

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación, multiplicada por 3:

3\,\text{Ag} \longrightarrow 3\,\text{Ag}^+ + 3\,e^-

Semirreacción de reducción (medio ácido):

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

Ecuación iónica (suma directa):

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

Comprobación de cargas: izquierda

(-1) + (+4) = +3

; derecha

3(+1) = +3\ \checkmark

Ecuación molecular. Los

4\,\text{H}^+

obligan a 4 $\text{HNO}_3$ : uno de sus nitratos se reduce a

\text{NO}

y los otros tres acompañan a los cationes plata.

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

Comprobación:

\text{Ag}

: 3 y 3;

\text{N}

: 4 y

3 + 1 = 4

;

\text{H}

: 4 y 4;

\text{O}

: 12 y

9 + 1 + 2 = 12\ \checkmark

b) Porcentaje de plata en la moneda.

Moles de $\text{NO}$ , con

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

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

n(\text{NO}) = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{0{,}987 \cdot 0{,}75}{0{,}082 \cdot 293} = \frac{0{,}740}{24{,}03} = 3{,}08\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Plata que ha reaccionado, en relación

3\ \text{Ag} : 1\ \text{NO}

n(\text{Ag}) = 3 \cdot 3{,}08\cdot 10^{-2} = 9{,}24\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

m(\text{Ag}) = 9{,}24\cdot 10^{-2} \cdot 108 = 9{,}98\ \text{g}

Porcentaje en masa:

\% \text{Ag} = \frac{9{,}98}{25{,}2}\cdot 100 = \mathbf{39{,}6\ \%}

Las impurezas son inertes, así que no consumen ácido ni intervienen en el cálculo: toda la plata de la moneda se ha disuelto (el

\text{HNO}_3

está en exceso).

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 las condiciones ( $\text{NO}_2$ , $\text{NO}$ , $\text{N}_2\text{O}$ , $\text{NH}_4^+$ …). Léelo en el enunciado: aquí es $\text{NO}$ , con el nitrógeno a $+2$ y 3 electrones por átomo.

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 1 a 4, y comprobar los átomos de N a ambos lados lo confirma.

Y en b), usa la relación con el $\text{NO}$ , que es lo que se ha medido experimentalmente, no con el ácido ni con la sal. La proporción $3:1$ entre plata y monóxido decide el resultado.