Problema resuelto de Química: Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2023 · Junio

Números de oxidación

En $\text{H}_2\text{S}$, S: −2 → en $\text{SO}_2$, S: +4 (pierde 6 electrones). En $\text{HNO}_3$, N: +5 → en NO, N: +2 (gana 3 electrones).

a) Semirreacciones (medio ácido)

Oxidación: $\quad \text{H}_2\text{S} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SO}_2 + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^-$

Reducción: $\quad \text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \rightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}$

(Escrita con el ion sulfuro, la oxidación queda $\text{S}^{2-} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 6\,e^-$; como el $\text{H}_2\text{S}$ es un ácido muy débil y aquí es un gas, es más fiel escribirlo sin disociar. El resultado final es el mismo.)

b) Oxidante y reductor

El reductor es el $\text{H}_2\text{S}$ (el azufre, que se oxida de −2 a +4: cede electrones). El oxidante es el $\text{HNO}_3$, en concreto el ion nitrato $\text{NO}_3^-$ (el nitrógeno se reduce de +5 a +2: capta electrones).

c) Ecuación iónica ajustada

Para igualar los electrones (6 en la oxidación, 3 en la reducción), se multiplica la reducción por 2:$$\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SO}_2 + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^-$$$$2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ + 6\,e^- \rightarrow 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Sumando y simplificando ($\text{H}^+$ y $\text{H}_2\text{O}$ que aparecen a los dos lados):$$\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ \rightarrow \text{SO}_2 + 2\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}$$d) Ecuación molecular

Los $2\,\text{NO}_3^-$ y los $2\,\text{H}^+$ son, juntos, $2\,\text{HNO}_3$:$$\text{H}_2\text{S}(g) + 2\,\text{HNO}_3(aq) \rightarrow \text{SO}_2(g) + 2\,\text{NO}(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)$$Comprobación: H: 2 + 2 = 4 = 4; N: 2 = 2; O: 6 = 2 + 2 + 2; S: 1 = 1.

e) Moles de ácido nítrico$$n(\text{HNO}_3) = M\,V = 0{,}5\ \text{mol/L}\cdot 0{,}500\ \text{L} = 0{,}25\ \text{mol}$$Moles de $\text{H}_2\text{S}$, con la relación 1 : 2 de la ecuación:$$n(\text{H}_2\text{S}) = 0{,}25\ \text{mol HNO}_3\cdot\frac{1\ \text{mol H}_2\text{S}}{2\ \text{mol HNO}_3} = 0{,}125\ \text{mol}$$Volumen del gas, con $P = 700/760 = 0{,}921$ atm y $T = 60 + 273 = 333$ K:$$V = \frac{nRT}{P} = \frac{0{,}125\cdot 0{,}082\cdot 333}{0{,}921} = 3{,}7\ \text{L}$$