QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2019 · Septiembre · Opción A

Enunciado

Opción A · Problema 6. El estaño metálico es oxidado por el ácido nítrico concentrado, según la reacción:

\text{Sn} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{SnO}_2 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule los gramos de estaño que reaccionan con

200\ \text{mL}

de disolución de ácido nítrico

2\ \text{M}

, si el rendimiento de la reacción es del

90\ \%

.

Datos: masa atómica relativa:

\text{Sn} = 118{,}7

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Resultado

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

\boxed{\;\textbf{b) } m(\text{Sn}) = 10{,}7\ \text{g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Asigna estados de oxidación:

\text{Sn}: 0 \rightarrow +4 \;(\textbf{oxidación, pierde 4 } e^-) \qquad\qquad \text{N}: +5 \rightarrow +4 \;(\textbf{reducción, gana 1 } e^-)

La reducción hay que multiplicarla por 4 para igualar los electrones.

Un detalle propio de este ajuste: el producto de oxidación es el óxido

\text{SnO}_2

, no un catión

\text{Sn}^{4+}

suelto. La semirreacción debe incorporar el oxígeno, y en medio ácido eso se hace añadiendo agua en el lado del reactivo y

\text{H}^+

en el del producto.

\text{Sn} + 2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación:

\text{Sn} + 2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-

Semirreacción de reducción, multiplicada por 4:

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

Sumando y simplificando (

4\,\text{H}^+

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

aparecen a ambos lados):

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

Comprobación de cargas: izquierda

(-4) + (+4) = 0

; derecha

0\ \checkmark

Ecuación molecular, con los

4\,\text{H}^+

y los

4\,\text{NO}_3^-

procedentes del ácido:

\text{Sn} + 4\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{Sn}

: 1 y 1;

\text{N}

: 4 y 4;

\text{H}

: 4 y 4;

\text{O}

: 12 y

2 + 8 + 2 = 12\ \checkmark

Aquí, a diferencia de otras reacciones con

\text{HNO}_3

, todo el ácido se reduce: no se forma ninguna sal de nitrato, porque el estaño acaba como óxido insoluble.

b) Gramos de estaño que reaccionan.

Moles de ácido:

n(\text{HNO}_3) = 0{,}200\ \text{L} \cdot 2\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} = 0{,}4\ \text{mol}

Estaño teórico, en relación

1\ \text{Sn} : 4\ \text{HNO}_3

n_{\text{teórico}}(\text{Sn}) = \frac{0{,}4}{4} = 0{,}1\ \text{mol}

Estaño que realmente reacciona, con un rendimiento del

90\ \%

n_{\text{real}} = 0{,}1 \cdot 0{,}90 = 9{,}0\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

m = 9{,}0\cdot 10^{-2} \cdot 118{,}7 = \mathbf{10{,}7\ g}

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

Consejo

Cuando el producto de oxidación es un óxido ( $\text{SnO}_2$ , $\text{MnO}_2$ , $\text{PbO}_2$ ), la semirreacción necesita agua para aportar los oxígenos. Escríbela con la fórmula completa del óxido: no existe un $\text{Sn}^{4+}$ libre en disolución.

Fíjate en la diferencia con otros problemas de $\text{HNO}_3$ : aquí todo el ácido se reduce, porque el producto metálico es un óxido y no una sal de nitrato. Por eso los coeficientes de la iónica y de la molecular coinciden.

Y sobre el rendimiento: al preguntar cuánto estaño reacciona, se aplica sobre la cantidad teórica ( $0{,}1 \to 0{,}09\ \text{mol}$ ). Si en cambio se preguntara cuánto estaño hay que poner para consumir todo el ácido con ese rendimiento, habría que dividir en lugar de multiplicar: lee siempre con cuidado en qué dirección va la pregunta.