QuímicaMedio2,5 pts

Ajuste redox y estequiometría

Extremadura · 2025 · Junio

Enunciado

Sea la reacción redox

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

a) (0,5 puntos) Escribir las semirreacciones ajustadas de oxidación y de reducción.

b) (0,5 puntos) Indicar qué especie actúa como oxidante y cuál como reductor. Razonar la respuesta.

c) (0,75 puntos) Ajustar la reacción por el método del ion-electrón.

d) (0,75 puntos) Sabiendo que se utilizan

12{,}0\ \text{mL}

\text{HNO}_3

del

65\ \%

de pureza y densidad

1{,}40\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1}

, calcular la masa (en gramos) de NO que se obtiene.

Datos: Masas atómicas (u): H = 1; N = 14; O = 16.

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Resultado

a) Oxidación: $\text{Pb} \to \text{Pb}^{2+} + 2e^-$ . Reducción: $\text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ + 3e^- \to \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O}$ .
b) Oxidante: $\text{HNO}_3$ ; reductor: $\text{Pb}$ .

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

\boxed{\;m(\text{NO}) = 1{,}30\ \text{g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Se asignan los números de oxidación para ver qué cambia: el plomo pasa de

0

+2

(se oxida) y el nitrógeno del nitrato de

+5

+2

en el NO (se reduce). Se ajustan las dos semirreacciones en medio ácido (el propio

\text{HNO}_3

aporta los

\text{H}^+

), se igualan los electrones y se suman. Para pasar a la ecuación molecular hay que tener en cuenta que parte del ácido nítrico no se reduce: solo aporta los nitratos del

\text{Pb(NO}_3)_2

. Con la ecuación ajustada, la cantidad de

\text{HNO}_3

(masa de disolución → masa pura → moles) da los moles y la masa de NO.

Desarrollo

Números de oxidación.

\overset{0}{\text{Pb}} + \text{H}\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3 \longrightarrow \overset{+2}{\text{Pb}}(\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3)_2 + \overset{+2}{\text{N}}\text{O} + \text{H}_2\text{O}

El plomo sube de

0

+2

y el nitrógeno que acaba en el NO baja de

+5

+2

. El H (

+1

) y el O (

-2

) no cambian, y el nitrógeno que queda como nitrato en el

\text{Pb(NO}_3)_2

sigue con

+5

.

a) Semirreacciones ajustadas.

Oxidación (el plomo pierde dos electrones):

\text{Pb} \longrightarrow \text{Pb}^{2+} + 2\,e^-

Reducción (el nitrato pasa a NO en medio ácido). Se ajusta el O con agua, el H con

\text{H}^+

y la carga con electrones:

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

Comprobación de cargas: a la izquierda

-1 + 4 - 3 = 0

; a la derecha,

0

.

b) Oxidante y reductor.

El oxidante es el $\text{HNO}_3$ (el ion $\text{NO}_3^-$ ): gana electrones, su nitrógeno se reduce de $+5$ a $+2$ y provoca la oxidación del plomo.
El reductor es el $\text{Pb}$ : cede electrones, se oxida de $0$ a $+2$ y provoca la reducción del nitrato.

c) Ajuste por el método del ion-electrón.

Para igualar los electrones intercambiados se multiplica la oxidación por 3 y la reducción por 2 (6 electrones en cada una):

3\,\text{Pb} \longrightarrow 3\,\text{Pb}^{2+} + 6\,e^-

2\,\text{NO}_3^- + 8\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow 2\,\text{NO} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Sumando, los electrones se cancelan y queda la ecuación iónica:

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

Para pasar a la ecuación molecular, los

8\,\text{H}^+

vienen de

8\,\text{HNO}_3

. De esos 8 nitratos, 2 se reducen a NO y los otros 6 quedan como contraiones de los

3\,\text{Pb}^{2+}

, formando

3\,\text{Pb(NO}_3)_2

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

Comprobación: Pb

3 = 3

; H

8 = 8

; N

8 = 6 + 2

; O

24 = 18 + 2 + 4

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

d) Masa de NO.

Masa de la disolución de ácido y masa de

\text{HNO}_3

puro:

m_\text{disolución} = 12{,}0\ \text{mL}\cdot 1{,}40\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1} = 16{,}8\ \text{g}

m(\text{HNO}_3) = 16{,}8\ \text{g}\cdot\frac{65}{100} = 10{,}92\ \text{g}

Con

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

n(\text{HNO}_3) = \frac{10{,}92\ \text{g}}{63\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 0{,}1733\ \text{mol}

Según la ecuación molecular,

8\ \text{mol}

\text{HNO}_3

dan

2\ \text{mol}

de NO (se supone que hay plomo suficiente para que reaccione todo el ácido):

n(\text{NO}) = 0{,}1733\ \text{mol HNO}_3\cdot\frac{2\ \text{mol NO}}{8\ \text{mol HNO}_3} = 0{,}0433\ \text{mol}

Con

M(\text{NO}) = 14 + 16 = 30\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m(\text{NO}) = 0{,}0433\ \text{mol}\cdot 30\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}30\ \text{g}

Consejo

La trampa de este ajuste está en pasar a la ecuación molecular: los coeficientes de la iónica dan $2\,\text{HNO}_3$ para el NO, pero el ácido nítrico también aporta los nitratos de la sal. Fíjate en los $\text{H}^+$ : hacen falta 8, así que son $8\,\text{HNO}_3$ .

En d), la relación es 8 mol de $\text{HNO}_3$ por cada 2 mol de NO, no 1 a 1. Y aplica la pureza a la masa de la disolución (volumen por densidad), no al volumen.

Paso 1 de 3

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