QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2024 · Reserva 2

Enunciado

Bloque C · C4. El níquel metálico reacciona con ácido nítrico concentrado según la reacción:

\text{Ni} + \text{HNO}_3 \longrightarrow \text{Ni(NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}

a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.

b) Calcule la masa de níquel que podrá oxidarse con

1\ \text{mL}

de ácido nítrico comercial del

70\ \%

de riqueza en masa y densidad

1{,}42\ \text{g}\,\text{mL}^{-1}

.

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{Ni} = 58{,}7

;

\text{N} = 14

;

\text{O} = 16

;

\text{H} = 1

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Iónica: } 3\text{Ni} + 2\text{NO}_3^- + 8\text{H}^+ \rightarrow 3\text{Ni}^{2+} + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{Molecular: } 3\,\text{Ni} + 8\,\text{HNO}_3 \rightarrow 3\,\text{Ni(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } m(\text{Ni}) = 0{,}347\ \text{g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El ácido nítrico es un ácido oxidante, y ahí está la diferencia con el

\text{HCl}

: lo que se reduce no es el hidrógeno, sino el nitrógeno del nitrato, que pasa de

+5

+2

formando

\text{NO}

.

Su semirreacción conviene tenerla memorizada:

\text{NO}_3^- + 4\,\text{H}^+ + 3e^- \longrightarrow \text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}

En b), ojo con un detalle: el ácido cumple dos papeles a la vez. Parte de sus nitratos se reduce a

\text{NO}

y parte acompaña al

\text{Ni}^{2+}

como espectador. Por eso la relación que hay que usar es la de la ecuación molecular completa, no la de la iónica.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación:

\text{Ni}: 0 \longrightarrow +2 \qquad \textbf{se oxida}

\text{N}: +5\ (\text{en NO}_3^-) \longrightarrow +2\ (\text{en NO}) \qquad \textbf{se reduce}

Semirreacciones en medio ácido:

\text{Oxidación:}\quad \text{Ni} \longrightarrow \text{Ni}^{2+} + 2e^- \qquad (\times 3)

\text{Reducción:}\quad \text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ + 3e^- \longrightarrow \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O} \qquad (\times 2)

Igualando a 6 electrones y sumando, la ecuación iónica es:

3\,\text{Ni} + 2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ \longrightarrow 3\,\text{Ni}^{2+} + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Para la molecular: los 8

\text{H}^+

proceden de 8

\text{HNO}_3

, que aportan 8 nitratos. De ellos, 2 se reducen a

\text{NO}

y los otros 6 acompañan a los tres

\text{Ni}^{2+}

formando el nitrato de níquel(II):

\boxed{\;3\,\text{Ni} + 8\,\text{HNO}_3 \longrightarrow 3\,\text{Ni(NO}_3)_2 + 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}\;}

Comprobación del nitrógeno: a la izquierda 8; a la derecha

3\cdot 2 + 2 = 8

. ✓

b) Masa de níquel oxidada.

Moles de ácido nítrico disponibles:

m_{\text{disolución}} = 1\cdot 1{,}42 = 1{,}42\ \text{g} \qquad m_{\text{HNO}_3} = 0{,}70\cdot 1{,}42 = 0{,}994\ \text{g}

Con

M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3(16) = 63\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

n_{\text{HNO}_3} = \frac{0{,}994}{63} = 1{,}578\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Estequiometría (8 mol de ácido por cada 3 de níquel):

n_{\text{Ni}} = \frac{3}{8}\cdot 1{,}578\cdot 10^{-2} = 5{,}92\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

Masa:

m_{\text{Ni}} = 5{,}92\cdot 10^{-3}\cdot 58{,}7 = \mathbf{0{,}347\ g}

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

Consejo

El error de concepto más grave sería reducir el hidrógeno a $\text{H}_2$ , como en la reacción de un metal con $\text{HCl}$ . El nítrico es un ácido oxidante: el enunciado te da el producto ( $\text{NO}$ ) y ahí está la pista de que quien se reduce es el nitrógeno.

En b), la relación correcta es 8 : 3 (la de la ecuación molecular), no 2 : 3 (la de los nitratos que se reducen). El ácido hace de oxidante y de fuente de nitratos espectadores, y hay que contar todos.

Y no confundas la masa de la disolución ( $1{,}42$ g) con la de soluto ( $0{,}994$ g): la riqueza multiplica al pasar de disolución a soluto puro.