QuímicaDifícil2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2021 · Julio (coincidentes)
Enunciado
El estaño metálico reacciona con el ácido nítrico y forma óxido de estaño (IV), dióxido de nitrógeno y agua.

a) (1 punto) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción molecular global que tienen lugar.

b) (1 punto) Calcule el volumen de una disolución de ácido nítrico del 16,0 %16{,}0\ \% en masa y densidad 1,09 g⋅mL−11{,}09\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1} que reacciona con 3,0 g3{,}0\ \text{g} de estaño.

Datos. Masas atómicas: H = 1,0; N = 14,0; O = 16,0; Sn = 118,7.
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Resultado
  • a) Oxidación: Sn+2 H2O→SnO2+4 H++4 e−\text{Sn} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-; reducción: NO3−+2 H++e−→NO2+H2O\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + e^- \rightarrow \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}. Molecular: Sn+4 HNO3→SnO2+4 NO2+2 H2O\text{Sn} + 4\,\text{HNO}_3 \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}.
  • b) V≈36,5 mLV \approx 36{,}5\ \text{mL} (37 mL con dos cifras significativas) de disolución de HNO3\text{HNO}_3.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Números de oxidación: el Sn pasa de 00 a +4+4 (en el SnO2\text{SnO}_2) y el N de +5+5 (NO3−\text{NO}_3^-) a +4+4 (NO2\text{NO}_2). Ajusta las dos semirreacciones en medio ácido, iguala electrones y suma. En b), la ecuación ajustada da los moles de HNO3\text{HNO}_3 por mol de Sn; con la riqueza se pasa a masa de disolución y con la densidad, a volumen.
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Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Oxidación (el Sn, de 00 a +4+4):Sn+2 H2O→SnO2+4 H++4 e−\text{Sn} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-Reducción (el N, de +5+5 a +4+4):NO3−+2 H++e−→NO2+H2O\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + e^- \rightarrow \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}Para intercambiar 4 electrones, la reducción se multiplica por 4 y se suma:Sn+2 H2O+4 NO3−+8 H+→SnO2+4 H++4 NO2+4 H2O\text{Sn} + 2\,\text{H}_2\text{O} + 4\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,\text{NO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}Simplificando, la reacción iónica:Sn+4 NO3−+4 H+→SnO2+4 NO2+2 H2O\text{Sn} + 4\,\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}y la molecular:Sn+4 HNO3→SnO2+4 NO2+2 H2O\text{Sn} + 4\,\text{HNO}_3 \rightarrow \text{SnO}_2 + 4\,\text{NO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Volumen de ácido nítrico.n(Sn)=3,0 g118,7 g⋅mol−1=2,53⋅10−2 moln(\text{Sn}) = \frac{3{,}0\ \text{g}}{118{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 2{,}53\cdot 10^{-2}\ \text{mol}Por la estequiometría (1 mol de Sn con 4 de HNO3\text{HNO}_3):n(HNO3)=4⋅2,53⋅10−2=0,101 moln(\text{HNO}_3) = 4\cdot 2{,}53\cdot 10^{-2} = 0{,}101\ \text{mol}Con M(HNO3)=1,0+14,0+3⋅16,0=63,0 g⋅mol−1M(\text{HNO}_3) = 1{,}0 + 14{,}0 + 3\cdot 16{,}0 = 63{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}:m(HNO3)=0,101 mol⋅63,0 g⋅mol−1=6,37 gm(\text{HNO}_3) = 0{,}101\ \text{mol}\cdot 63{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 6{,}37\ \text{g}Masa de disolución del 16,0 %16{,}0\ \% y su volumen:m(disolucioˊn)=6,37 g0,160=39,8 gV=39,8 g1,09 g⋅mL−1=36,5 mLm(\text{disolución}) = \frac{6{,}37\ \text{g}}{0{,}160} = 39{,}8\ \text{g} \qquad V = \frac{39{,}8\ \text{g}}{1{,}09\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1}} = 36{,}5\ \text{mL}
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Consejo

El orden de los factores en b) es siempre el mismo: moles de soluto puro → masa de soluto → masa de disolución (dividiendo por la riqueza) → volumen (dividiendo por la densidad). No mezcles la densidad con la masa de soluto puro.

Compara con la reacción del estaño con nítrico que da NO (en lugar de NO2\text{NO}_2): cambia la semirreacción de reducción (3 e−3\,e^-) y con ella toda la estequiometría.
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