QuímicaMedioProblema · 2,5 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2020 · Julio (ordinaria)

País Vasco · 2020 · Julio (ordinaria)
Enunciado
El monóxido de nitrógeno se prepara según la reacción:Cu+HNO3⟶Cu(NO3)2+NO+H2O\text{Cu} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}a) Ajustar la reacción iónica empleando el método del ion-electrón. (1,25 puntos)

b) Escribir la reacción molecular redox ajustada. (0,5 puntos)

c) Calcular la masa de cobre que se necesita para obtener 0,2 L de NO medidos a 750 mm Hg y 20 ºC. (0,75 puntos)

Datos (de la tabla del examen): masa atómica: Cu = 63,5; R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}; 1 atm = 760 mm Hg.
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Resultado
a) 3 Cu+2 NO3−+8 H+→3 Cu2++2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \to 3\,\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}.

b) 3 Cu+8 HNO3→3 Cu(NO3)2+2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \to 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}.

c) Hacen falta 0,78 g de cobre (8,21⋅10−38{,}21\cdot 10^{-3} mol de NO y 1,23⋅10−21{,}23\cdot 10^{-2} mol de Cu).
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Lo primero es ver quién cambia de número de oxidación: el cobre pasa de 0 (metal) a +2 en el Cu2+\text{Cu}^{2+}, así que se oxida; el nitrógeno pasa de +5 en el NO3−\text{NO}_3^- a +2 en el NO, así que se reduce. El ácido nítrico hace dos papeles a la vez: una parte es el oxidante y otra solo aporta nitratos a la sal.

Se ajustan las dos semirreacciones en medio ácido, se igualan los electrones y se suman. Después se pasa a la ecuación molecular y, con los gases ideales, de litros de NO a moles, y de ahí a la masa de cobre con la estequiometría.
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Desarrollo

a) Números de oxidación. Cu: 0→+20 \to +2 (se oxida, es el reductor). N: +5+5 en NO3−\text{NO}_3^- →+2\to +2 en NO (se reduce; el NO3−\text{NO}_3^- es el oxidante).

Semirreacción de oxidación:Cu⟶Cu2++2 e−\text{Cu} \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\,e^-Semirreacción de reducción. Se ajusta el oxígeno con agua y el hidrógeno con H+\text{H}^+, y la carga con electrones:NO3−+4 H++3 e−⟶NO+2 H2O\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \longrightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}Igualar los electrones. Se multiplica la oxidación por 3 y la reducción por 2 (6 electrones en cada una):3 Cu⟶3 Cu2++6 e−3\,\text{Cu} \longrightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 6\,e^-2 NO3−+8 H++6 e−⟶2 NO+4 H2O2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}Ecuación iónica ajustada (sumando):3 Cu+2 NO3−+8 H+⟶3 Cu2++2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \longrightarrow 3\,\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}Comprobación de cargas: a la izquierda −2+8=+6-2 + 8 = +6; a la derecha 3⋅(+2)=+63\cdot(+2) = +6.

b) Ecuación molecular. Los 8 H+\text{H}^+ vienen de 8 HNO3\text{HNO}_3: 2 de ellos se reducen a NO y los otros 6 aportan los nitratos de los 3 Cu(NO3)2\text{Cu(NO}_3)_2:3 Cu+8 HNO3⟶3 Cu(NO3)2+2 NO+4 H2O3\,\text{Cu} + 8\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 3\,\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}c) Moles de NO. Con P=750/760=0,987 atmP = 750/760 = 0{,}987\ \text{atm} y T=20+273=293 KT = 20 + 273 = 293\ \text{K}:n(NO)=PVRT=0,987 atm⋅0,2 L0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1⋅293 K=8,21⋅10−3 moln(\text{NO}) = \frac{PV}{RT} = \frac{0{,}987\ \text{atm}\cdot 0{,}2\ \text{L}}{0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot 293\ \text{K}} = 8{,}21\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Moles de cobre. La estequiometría es de 3 mol de Cu por cada 2 mol de NO:n(Cu)=8,21⋅10−3 mol NO⋅3 mol Cu2 mol NO=1,23⋅10−2 mol Cun(\text{Cu}) = 8{,}21\cdot 10^{-3}\ \text{mol NO}\cdot\frac{3\ \text{mol Cu}}{2\ \text{mol NO}} = 1{,}23\cdot 10^{-2}\ \text{mol Cu}Masa de cobre:m(Cu)=1,23⋅10−2 mol⋅63,5 g/mol=0,78 gm(\text{Cu}) = 1{,}23\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot 63{,}5\ \text{g/mol} = 0{,}78\ \text{g}
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Consejo

El enunciado exige el método del ion-electrón: un ajuste «a ojo» o por tanteo, aunque dé los coeficientes correctos, no se puntúa entero. Escribe las dos semirreacciones, di cuál es la oxidación y cuál la reducción y comprueba la carga de la ecuación final.

En c) no redondees los moles de NO a 0,008 antes de seguir: arrastrar el redondeo te aleja del resultado (0,76 g en vez de 0,78 g).
Paso 1 de 3
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