Ajuste redox y estequiometría

a) Nombres de los compuestosb) Semirreacciones por el método ion-electrón (medio ácido)

Números de oxidación: $\overset{0}{\text{Cl}_2} \rightarrow \overset{+5}{\text{Cl}}\text{O}_3^-$ y
$\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3^- \rightarrow \overset{+4}{\text{N}}\text{O}_2$.

Oxidación (el cloro pierde electrones). Se ajustan los Cl, después los O con agua, los H con
$\text{H}^+$ y la carga con electrones:$$\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^-$$Comprobación de la carga: izquierda $0$; derecha $-2 + 12 - 10 = 0$.

Reducción (el nitrógeno gana electrones):$$\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + e^- \longrightarrow \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$Comprobación de la carga: izquierda $-1 + 2 - 1 = 0$; derecha $0$.

• Oxidante: el ion nitrato, $\text{NO}_3^-$ (el $\text{HNO}_3$), que se reduce a $\text{NO}_2$.
• Reductor: el $\text{Cl}_2$, que se oxida a $\text{ClO}_3^-$.

c) Reacciones iónica y molecular globales

Para igualar los electrones se multiplica la reducción por 10 y se suman:$$\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} + 10\,\text{NO}_3^- + 20\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,\text{NO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O}$$Simplificando el agua y los $\text{H}^+$ que aparecen a los dos lados, la ecuación iónica queda:$$\text{Cl}_2 + 10\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{ClO}_3^- + 10\,\text{NO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Para la ecuación molecular se agrupan los iones en las sustancias reales: los 10 nitratos y los
10 protones que necesitan (8 libres + 2 que acompañan al clorato) son 10 $\text{HNO}_3$, y los dos
cloratos con sus protones, 2 $\text{HClO}_3$:$$\text{Cl}_2 + 10\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 2\,\text{HClO}_3 + 10\,\text{NO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Comprobación: H, $10 = 2 + 8$; N, $10 = 10$; O, $30 = 6 + 20 + 4$; Cl, $2 = 2$.

d) Masa de $\text{HClO}_3$ obtenida

Masas molares: $M(\text{Cl}_2) = 71{,}0\ \text{g/mol}$;
$M(\text{HClO}_3) = 1{,}0 + 35{,}5 + 3 \cdot 16{,}0 = 84{,}5\ \text{g/mol}$.

Masa de cloro puro (riqueza del 80 %) y sus moles:$$m(\text{Cl}_2) = 15\ \text{g} \cdot 0{,}80 = 12\ \text{g} \qquad n(\text{Cl}_2) = \frac{12\ \text{g}}{71{,}0\ \text{g/mol}} = 0{,}169\ \text{mol}$$Según la ecuación ajustada, 1 mol de $\text{Cl}_2$ da 2 mol de $\text{HClO}_3$ (el $\text{HNO}_3$ está en
exceso, luego el cloro es el reactivo limitante):$$n(\text{HClO}_3) = 2 \cdot 0{,}169\ \text{mol} = 0{,}338\ \text{mol}$$$$m(\text{HClO}_3) = 0{,}338\ \text{mol} \cdot 84{,}5\ \text{g/mol} = 28{,}6\ \text{g}$$En un solo factor de conversión, para comprobar:
$12\ \text{g} \cdot \dfrac{2 \cdot 84{,}5}{71{,}0} = 12 \cdot 2{,}380 = 28{,}6\ \text{g}$.