QuímicaMedio2 pts

Ajuste redox y estequiometría

También trata: Pilas galvánicas y potenciales

Comunidad de Madrid · 2021 · Junio (coincidentes)

Enunciado

50\ \text{mL}

de una disolución de

\text{AgNO}_3

0{,}5\ \text{M}

se le añaden

0{,}35\ \text{g}

\text{Al}

obteniéndose

\text{Ag}

\text{Al(NO}_3)_3

.

a) (0,75 puntos) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón las semirreacciones de oxidación y reducción, y las reacciones iónica global y molecular. Indique cuál es la especie oxidante y cuál es la reductora.

b) (0,5 puntos) Justifique la espontaneidad de la reacción.

c) (0,75 puntos) Calcule la masa total de

\text{Ag}

que se obtiene.

Datos: Masas atómicas:

\text{H} = 1

\text{N} = 14

\text{Al} = 27

\text{Ag} = 108

E^\circ(\text{V})

\text{Al}^{3+}/\text{Al} = -1{,}7

;

\text{Ag}^+/\text{Ag} = 0{,}8

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Resultado

a) $\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^-$ ; $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ ; $\text{Al} + 3\,\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,\text{Ag}$ ; $\text{Al} + 3\,\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Al(NO}_3)_3 + 3\,\text{Ag}$ . Oxidante $\text{Ag}^+$ , reductor Al.
b) $E^\circ = 2{,}5\ \text{V} > 0$ : espontánea.
c) $m(\text{Ag}) = 2{,}7\ \text{g}$ (limitante, el $\text{AgNO}_3$ ).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El aluminio metálico pasa a

\text{Al}^{3+}

(se oxida) y el ion plata pasa a plata metálica (se reduce). Hay que:

Ajustar las dos semirreacciones e igualar los electrones (el Al cede 3, cada $\text{Ag}^+$ acepta 1).
Calcular $E^\circ$ de la reacción como $E^\circ_{\text{reducción}} - E^\circ_{\text{oxidación}}$ : si es positivo, es espontánea.
Para la masa de plata, buscar el reactivo limitante comparando los moles de $\text{Ag}^+$ y de Al con la estequiometría 3 : 1.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación: el Al pasa de 0 a

+3

; la Ag, de

+1

a 0. El ion nitrato es espectador.

\text{Oxidación:}\quad \text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,e^-

\text{Reducción:}\quad \text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag} \qquad (\times 3)

Sumando, con 3 electrones en cada semirreacción:

\text{Reacción iónica global:}\quad \text{Al} + 3\,\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,\text{Ag}

Añadiendo los nitratos espectadores (tres a cada lado):

\text{Reacción molecular:}\quad \text{Al} + 3\,\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Al(NO}_3)_3 + 3\,\text{Ag}

Oxidante: $\text{Ag}^+$ (el $\text{AgNO}_3$ ), que gana electrones y se reduce.
Reductor: $\text{Al}$ , que cede electrones y se oxida.

b) Espontaneidad.

El cátodo (reducción) es el par

\text{Ag}^+/\text{Ag}

y el ánodo (oxidación), el

\text{Al}^{3+}/\text{Al}

E^\circ = E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) - E^\circ(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = 0{,}8 - (-1{,}7) = 2{,}5\ \text{V}

Como

E^\circ > 0

\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0

y la reacción es espontánea en condiciones estándar. Dicho de otro modo: el

\text{Ag}^+

tiene un potencial de reducción mucho mayor que el del

\text{Al}^{3+}

, así que el aluminio (muy reductor) reduce al ion plata.

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

c) Masa de plata.

Moles de cada reactivo:

n(\text{AgNO}_3) = 0{,}050\ \text{L} \cdot 0{,}5\ \text{mol/L} = 0{,}025\ \text{mol}

n(\text{Al}) = \frac{0{,}35\ \text{g}}{27\ \text{g/mol}} = 0{,}0130\ \text{mol}

Según la reacción, 1 mol de Al reacciona con 3 mol de

\text{AgNO}_3

. Para gastar todo el

\text{AgNO}_3

hacen falta

n(\text{Al})_{\text{necesario}} = \frac{0{,}025}{3} = 0{,}0083\ \text{mol} < 0{,}0130\ \text{mol}

Sobra aluminio: el reactivo limitante es el $\text{AgNO}_3$ (quedan sin reaccionar

0{,}0046\ \text{mol}

de Al, unos

0{,}13\ \text{g}

). Toda la plata de la disolución se deposita:

n(\text{Ag}) = n(\text{AgNO}_3) = 0{,}025\ \text{mol} \;\Rightarrow\; m(\text{Ag}) = 0{,}025\ \text{mol} \cdot 108\ \text{g/mol} = 2{,}7\ \text{g}

Consejo

Con dos datos de reactivos, busca siempre el limitante con la estequiometría, no comparando los moles a secas: aquí hay más moles de $\text{AgNO}_3$ (0,025) que de Al (0,013) y aun así el limitante es el $\text{AgNO}_3$ , porque cada Al gasta tres $\text{Ag}^+$ .

En b) los potenciales no se multiplican por los coeficientes del ajuste: $E^\circ$ es una propiedad intensiva.

Paso 1 de 3

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