Ajuste redox y estequiometría

a) Semirreacciones

Las especies que intervienen, en forma iónica: el $\text{HNO}_3$ y el $\text{HIO}_3$ son ácidos fuertes y están disociados en $\text{NO}_3^-$ y $\text{IO}_3^-$.

Oxidación ($\text{I}_2 \to \text{IO}_3^-$). Ajustamos el yodo (2 átomos), luego los oxígenos con 6 $\text{H}_2\text{O}$, los hidrógenos con 12 $\text{H}^+$ y la carga con electrones (el yodo pasa de 0 a +5: $2 \cdot 5 = 10$ electrones):$$\text{I}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\,\text{IO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^-$$Comprobación de cargas: izquierda $0$; derecha $-2 + 12 - 10 = 0$.

Reducción ($\text{NO}_3^- \to \text{NO}_2$). Sobra un oxígeno, que sale como agua con 2 $\text{H}^+$; el nitrógeno pasa de +5 a +4, 1 electrón:$$\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + 1\,e^- \longrightarrow \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$Comprobación de cargas: izquierda $-1 + 2 - 1 = 0$; derecha $0$.

• Oxidante: el $\text{HNO}_3$ (ion $\text{NO}_3^-$), que se reduce a $\text{NO}_2$.
• Reductor: el $\text{I}_2$, que se oxida a $\text{HIO}_3$ (ion $\text{IO}_3^-$).

b) Reacción iónica y molecular

Para igualar los electrones, la reducción se multiplica por 10:$$\begin{aligned} \text{I}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} &\longrightarrow 2\,\text{IO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^- \\ 10\,\text{NO}_3^- + 20\,\text{H}^+ + 10\,e^- &\longrightarrow 10\,\text{NO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O} \end{aligned}$$Sumando y simplificando (se cancelan 12 $\text{H}^+$ y 6 $\text{H}_2\text{O}$ en los dos lados):$$\text{I}_2 + 10\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{IO}_3^- + 10\,\text{NO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Para pasar a la ecuación molecular, los 10 $\text{NO}_3^-$ y 10 de los $\text{H}^+$ forman 10 $\text{HNO}_3$ (los 8 $\text{H}^+$ de la izquierda más los 2 que «van» con los $\text{IO}_3^-$ en forma de $\text{HIO}_3$):$$\text{I}_2 + 10\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 2\,\text{HIO}_3 + 10\,\text{NO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Comprobación: I $2 = 2$; N $10 = 10$; H $10 = 2 + 8$; O $30 = 6 + 20 + 4$.

c) Volumen de ácido nítrico

Masas molares: $M(\text{I}_2) = 2 \cdot 127 = 254\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}$; $M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}$.$$n(\text{I}_2) = \frac{25{,}4\ \text{g}}{254\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}} = 0{,}100\ \text{mol}$$Por la estequiometría (1 mol de $\text{I}_2$ reacciona con 10 mol de $\text{HNO}_3$):$$n(\text{HNO}_3) = 10 \cdot 0{,}100 = 1{,}00\ \text{mol} \;\Longrightarrow\; m(\text{HNO}_3) = 1{,}00 \cdot 63 = 63{,}0\ \text{g de HNO}_3\ \text{puro}$$El ácido comercial tiene un 65 % en masa de $\text{HNO}_3$:$$m_{\text{disolución}} = 63{,}0\ \text{g} \cdot \frac{100\ \text{g disolución}}{65\ \text{g HNO}_3} = 96{,}9\ \text{g}$$Y con la densidad:$$V = \frac{m}{d} = \frac{96{,}9\ \text{g}}{1{,}5\ \text{g}\,\text{mL}^{-1}} = 64{,}6\ \text{mL}$$