QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2021 · Reserva 2

Enunciado

Bloque C · C4. Un método de obtención de dicloro se basa en la oxidación de ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose además dióxido de nitrógeno y agua:

\text{HCl} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Cl}_2 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule el rendimiento de la reacción sabiendo que se han obtenido

9{,}78

L de

\text{Cl}_2

, medidos a

25\ ^\circ

C y

1

atm de presión, cuando han reaccionado

500

mL de

\text{HCl}

2

M con

\text{HNO}_3

en exceso.

Dato:

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

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) iónica: } 2\,\text{Cl}^- + 2\,\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ \to \text{Cl}_2 + 2\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\text{molecular: } 2\,\text{HCl} + 2\,\text{HNO}_3 \to \text{Cl}_2 + 2\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } \eta = \dfrac{0{,}400}{0{,}500}\cdot 100 = 80{,}0\ \%\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los estados de oxidación identifican los papeles:

\overset{-1}{\text{Cl}}^- \to \overset{0}{\text{Cl}}_2 \;\;(\text{pierde } 1e^- \text{ por cloro}) \qquad \text{H}\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3 \to \overset{+4}{\text{N}}\text{O}_2 \;\;(\text{gana } 1e^-)

El cloruro es el reductor y el nitrato el oxidante. Ojo con el

\text{Cl}_2

: la semirreacción implica dos cloruros y, por tanto, dos electrones.

En b), el rendimiento se calcula comparando lo obtenido con lo teórico:

\eta = \frac{n_{\text{real}}}{n_{\text{teórico}}}\cdot 100

y como el

\text{HNO}_3

está en exceso, el reactivo limitante es el

\text{HCl}

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación:

2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2e^-

Semirreacción de reducción (medio ácido):

\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + 1e^- \longrightarrow \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}

Comprobación de carga: izquierda

-1 + 2 - 1 = 0

; derecha

0

. ✓

Igualamos electrones multiplicando la reducción por 2:

2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2e^-

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

\rule{10cm}{0.4pt}

Ecuación iónica:

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

Ecuación molecular. Los

4\,\text{H}^+

se reparten: dos vienen del

\text{HCl}

(que aporta los cloruros) y dos del

\text{HNO}_3

(que aporta los nitratos):

2\,\text{HCl} + 2\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{Cl}

(

2=2

\text{N}

(

2=2

\text{H}

(

2+2 = 4

\text{O}

(

6 = 4 + 2

). ✓

b) Rendimiento de la reacción.

Moles de ácido clorhídrico (reactivo limitante):

n(\text{HCl}) = M\cdot V = 2 \cdot 0{,}500 = 1{,}00 \text{ mol}

Moles teóricos de cloro. La relación estequiométrica es

2\,\text{HCl} : 1\,\text{Cl}_2

n_{\text{teórico}}(\text{Cl}_2) = \frac{1{,}00}{2} = 0{,}500 \text{ mol}

Moles reales obtenidos. Del gas recogido, con

T = 25 + 273 = 298

n_{\text{real}} = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{1 \cdot 9{,}78}{0{,}082 \cdot 298} = \frac{9{,}78}{24{,}44} = 0{,}400 \text{ mol}

Rendimiento:

\eta = \frac{n_{\text{real}}}{n_{\text{teórico}}}\cdot 100 = \frac{0{,}400}{0{,}500}\cdot 100

\boxed{\eta = 80{,}0\ \%}

Comprobación de coherencia: el rendimiento está entre

0

100\ \%

, como debe ser. Si hubiera salido mayor de

100

, habría un error en el reactivo limitante o en la estequiometría.

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

Consejo

Al ajustar la semirreacción del cloro, no olvides que el producto es $\text{Cl}_2$ , no $\text{Cl}$ . Hacen falta dos cloruros y se ceden dos electrones: $2\,\text{Cl}^- \to \text{Cl}_2 + 2e^- \qquad \text{no} \qquad \text{Cl}^- \to \text{Cl} + e^-$ Lo mismo ocurre con el $\text{Br}_2$ , el $\text{I}_2$ , el $\text{O}_2$ o el $\text{N}_2$ : todas las especies diatómicas duplican los electrones.

Sobre el rendimiento, ten claro el sentido de la división: $\eta = \frac{\text{real}}{\text{teórico}}\cdot 100 \qquad (\text{siempre} \le 100\ \%)$ Si el resultado supera el $100\ \%$ , revisa el reactivo limitante o los coeficientes. Y en este problema, la mención " $\text{HNO}_3$ en exceso" es la pista de que el limitante es el $\text{HCl}$ .