QuímicaDifícil2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2022 · Junio (coincidentes)
Enunciado
En la reacción entre el estaño y el ácido nítrico, se produce dióxido de estaño y agua, y se desprende monóxido de nitrógeno.

a) (1 punto) Escriba ajustadas las semirreacciones de oxidación y reducción por el método de ion-electrón, la reacción iónica y la molecular, e indique las especies oxidante y reductora.

b) (1 punto) Obtenga el porcentaje de estaño que contiene 1 kg de aleación de estaño, que ha producido 400,0 g400{,}0\ \text{g} de dióxido de estaño.

Datos. Masas atómicas (u): 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−+4 H++3 e−→NO+2 H2O\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \rightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}. Iónica: 3 Sn+4 NO3−+4 H+→3 SnO2+4 NO+2 H2O3\,\text{Sn} + 4\,\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ \rightarrow 3\,\text{SnO}_2 + 4\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}; molecular: 3 Sn+4 HNO3→3 SnO2+4 NO+2 H2O3\,\text{Sn} + 4\,\text{HNO}_3 \rightarrow 3\,\text{SnO}_2 + 4\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}. Oxidante: HNO3\text{HNO}_3; reductor: Sn.
  • b) 31,5 %31{,}5\ \% de estaño.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

Asigna números de oxidación: el estaño pasa de 00 (Sn) a +4+4 (SnO2\text{SnO}_2) y el nitrógeno de +5+5 (NO3−\text{NO}_3^-) a +2+2 (NO). Ajusta cada semirreacción en medio ácido (oxígenos con H2O\text{H}_2\text{O}, hidrógenos con H+\text{H}^+, cargas con electrones), iguala los electrones y suma. En b), todo el estaño de la aleación que reacciona acaba en el SnO2\text{SnO}_2, átomo a átomo: n(Sn)=n(SnO2)n(\text{Sn}) = n(\text{SnO}_2).
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Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación: Sn: 0→+40 \rightarrow +4 (se oxida); N: +5→+2+5 \rightarrow +2 (se reduce).

Semirreacción de 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^-Semirreacción de reducción:NO3−+4 H++3 e−→NO+2 H2O\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \rightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}Para igualar los electrones (12), la oxidación se multiplica por 3 y la reducción por 4:3 Sn+6 H2O+4 NO3−+16 H+→3 SnO2+12 H++4 NO+8 H2O3\,\text{Sn} + 6\,\text{H}_2\text{O} + 4\,\text{NO}_3^- + 16\,\text{H}^+ \rightarrow 3\,\text{SnO}_2 + 12\,\text{H}^+ + 4\,\text{NO} + 8\,\text{H}_2\text{O}Simplificando el agua y los protones que aparecen a los dos lados, la reacción iónica es:3 Sn+4 NO3−+4 H+→3 SnO2+4 NO+2 H2O3\,\text{Sn} + 4\,\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ \rightarrow 3\,\text{SnO}_2 + 4\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}Los NO3−\text{NO}_3^- y los H+\text{H}^+ vienen juntos del ácido nítrico; la reacción molecular:3 Sn+4 HNO3→3 SnO2+4 NO+2 H2O3\,\text{Sn} + 4\,\text{HNO}_3 \rightarrow 3\,\text{SnO}_2 + 4\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}
  • Especie oxidante: el HNO3\text{HNO}_3 (el ion NO3−\text{NO}_3^-), que se reduce a NO.
  • Especie reductora: el Sn, que se oxida a SnO2\text{SnO}_2.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Porcentaje de estaño en la aleación.M(SnO2)=118,7+2⋅16,0=150,7 g⋅mol−1M(\text{SnO}_2) = 118{,}7 + 2\cdot 16{,}0 = 150{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}n(SnO2)=400,0 g150,7 g⋅mol−1=2,654 moln(\text{SnO}_2) = \frac{400{,}0\ \text{g}}{150{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 2{,}654\ \text{mol}Según la ecuación ajustada, 3 mol3\ \text{mol} de Sn dan 3 mol3\ \text{mol} de SnO2\text{SnO}_2: n(Sn)=2,654 moln(\text{Sn}) = 2{,}654\ \text{mol}.m(Sn)=2,654 mol⋅118,7 g⋅mol−1=315,1 gm(\text{Sn}) = 2{,}654\ \text{mol}\cdot 118{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 315{,}1\ \text{g}% Sn=315,1 g1000 g⋅100=31,5 %\%\,\text{Sn} = \frac{315{,}1\ \text{g}}{1000\ \text{g}}\cdot 100 = 31{,}5\ \%
3

Consejo

Comprueba el ajuste final contando átomos y cargas: en la iónica, −4+4=0-4 + 4 = 0 a la izquierda y 00 a la derecha.

En b), la relación entre Sn y SnO2\text{SnO}_2 es 1:1 (lo dice la ecuación: 3 y 3). No hace falta el ácido nítrico para nada.
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