QuímicaDifícil2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2020 · Julio (coincidentes)
Enunciado
A 25 mL25\ \text{mL} de una disolución de HNO3\text{HNO}_3 0,24 M0{,}24\ \text{M} se le añaden 15 g15\ \text{g} de Cu(s)\text{Cu}(s) y se obtiene Cu2+\text{Cu}^{2+} y NO\text{NO}.

a) (0,5 puntos) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón las semirreacciones de oxidación y reducción, y las reacciones iónica y molecular global.

b) (0,5 puntos) Justifique cuantitativamente cuál es el reactivo limitante.

c) (0,5 puntos) Calcule la concentración final de iones Cu2+\text{Cu}^{2+} en disolución, suponiendo que el volumen no ha variado.

d) (0,5 puntos) Determine el volumen de NO\text{NO} obtenido a 0,98 atm0{,}98\ \text{atm} y 25 ∘C25\ ^\circ\text{C}.

Datos: Masa atómica: Cu=63,5\text{Cu} = 63{,}5. R=0,082 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  • a) Cu→Cu2++2e−\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2e^-; NO3−+4H++3e−→NO+2H2O\text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ + 3e^- \rightarrow \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O}; 3 Cu+2 NO3−+8 H+→3 Cu2++2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \rightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}; 3 Cu+8 HNO3→3 Cu(NO3)2+2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \rightarrow 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}.
  • b) El HNO3\text{HNO}_3 (6,0⋅10−36{,}0\cdot 10^{-3} mol, que solo gastan 2,25⋅10−32{,}25\cdot 10^{-3} mol de los 0,2360{,}236 mol de Cu).
  • c) [Cu2+]=0,090 M[\text{Cu}^{2+}] = 0{,}090\ \text{M}.
  • d) V(NO)=37 mLV(\text{NO}) = 37\ \text{mL}.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

El cobre se oxida a Cu2+\text{Cu}^{2+} y el nitrato se reduce a NO\text{NO} en medio ácido. Se ajustan las semirreacciones (en medio ácido, con H2O\text{H}_2\text{O} y H+\text{H}^+) y se igualan los electrones. Con la ecuación ajustada:
  • se comparan los moles de cada reactivo con la proporción 3 : 8 para encontrar el limitante;
  • los moles de Cu2+\text{Cu}^{2+} y de NO\text{NO} se calculan a partir del limitante;
  • el volumen de NO, con la ecuación de los gases ideales.
2

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación: el Cu pasa de 0 a +2+2 (se oxida); el N pasa de +5+5 en el NO3−\text{NO}_3^- a +2+2 en el NO (se reduce).Oxidacioˊn:Cu→Cu2++2 e−(×3)\text{Oxidación:}\quad \text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \qquad (\times 3)Reduccioˊn:NO3−+4 H++3 e−→NO+2 H2O(×2)\text{Reducción:}\quad \text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \rightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad (\times 2)Igualando a 6 electrones y sumando:Ioˊnica:3 Cu+2 NO3−+8 H+→3 Cu2++2 NO+4 H2O\text{Iónica:}\quad 3\,\text{Cu} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \rightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}Los 8 H+8\,\text{H}^+ vienen de 8 HNO38\,\text{HNO}_3, que aportan 8 nitratos: 2 se reducen y los otros 6 acompañan a los 3 Cu2+\text{Cu}^{2+}:Molecular:3 Cu+8 HNO3→3 Cu(NO3)2+2 NO+4 H2O\text{Molecular:}\quad 3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \rightarrow 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Reactivo limitante.n0(HNO3)=0,025 L⋅0,24 mol/L=6,0⋅10−3 moln_0(\text{HNO}_3) = 0{,}025\ \text{L} \cdot 0{,}24\ \text{mol/L} = 6{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}n0(Cu)=15 g63,5 g/mol=0,236 moln_0(\text{Cu}) = \frac{15\ \text{g}}{63{,}5\ \text{g/mol}} = 0{,}236\ \text{mol}Para gastar todo el HNO3\text{HNO}_3 hacen faltan(Cu)necesario=6,0⋅10−3⋅38=2,25⋅10−3 mol≪0,236 moln(\text{Cu})_{\text{necesario}} = 6{,}0\cdot 10^{-3} \cdot \frac{3}{8} = 2{,}25\cdot 10^{-3}\ \text{mol} \ll 0{,}236\ \text{mol}Sobra muchísimo cobre: el reactivo limitante es el HNO3\text{HNO}_3.

c) Concentración final de Cu2+\text{Cu}^{2+}.n(Cu2+)=n0(HNO3)⋅38=2,25⋅10−3 moln(\text{Cu}^{2+}) = n_0(\text{HNO}_3) \cdot \frac{3}{8} = 2{,}25\cdot 10^{-3}\ \text{mol}[Cu2+]=2,25⋅10−3 mol0,025 L=0,090 M[\text{Cu}^{2+}] = \frac{2{,}25\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}025\ \text{L}} = 0{,}090\ \text{M}d) Volumen de NO.n(NO)=n0(HNO3)⋅28=1,5⋅10−3 moln(\text{NO}) = n_0(\text{HNO}_3) \cdot \frac{2}{8} = 1{,}5\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Con T=25+273=298 KT = 25 + 273 = 298\ \text{K}:V=nRTp=1,5⋅10−3⋅0,082⋅2980,98=0,037 L=37 mLV = \frac{nRT}{p} = \frac{1{,}5\cdot 10^{-3} \cdot 0{,}082 \cdot 298}{0{,}98} = 0{,}037\ \text{L} = 37\ \text{mL}
3

Consejo

El paso de la ecuación iónica a la molecular es donde más se falla: el HNO3\text{HNO}_3 hace dos papeles (oxidante y ácido), así que hacen falta 8 y no 2. Comprueba al final que hay los mismos átomos de N a cada lado: 8=3⋅2+28 = 3\cdot 2 + 2.

Una vez sabes el limitante, todo se calcula a partir de él con los coeficientes de la ecuación ajustada.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicando
Ajuste redox y estequiometría
(2 puntos: 1 punto cada apartado) En determinadas regiones se añade yoduro de potasio al agua potable con el…
Química · Andalucía · 2026 · JulioAjuste redox y estequiometría
(2 puntos: 1 punto cada apartado) El gas cloro se utiliza para la fabricación de la lejía (hipoclorito de sodio)…
Química · Andalucía · 2026 · Reserva 2Ajuste redox y estequiometría
(2 puntos) ARSÉNICO O EL LUJO DE BEBER UN VASO DE AGUA POTABLE El arsénico se conoce desde tiempos remotos…
Química · Andalucía · 2026 · JunioAjuste redox y estequiometría
Una forma de estimar la contaminación del agua es medir la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Para ello, el carbono…
Química · Castilla-La Mancha · 2026 · Julio
Apuntes y todos los problemas de Reacciones redox y electroquímica →