T7: Equilibrios redox · Ajuste de reacciones redox y estequiometría

Ajuste de reacciones redox y estequiometría

Problema

2019 · Extraordinaria · Titular

El estaño metálico es oxidado por el ácido nítrico concentrado, según la reacción:

\ce{Sn + HNO3} -> \ce{SnO2 + NO2 + H2O}

a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular del proceso por el método del ion-electrón.b) Calcule los gramos de estaño que reaccionan con

200 \text{ mL}

de disolución de ácido nítrico

2 \text{ M}

, si el rendimiento de la reacción es del

90 \%.

Datos: masa atómica relativa $\ce{Sn} = 118,7.$

método ion-electrónestequiometría

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

Determinación de los estados de oxidación:

\ce{Sn^0} + \ce{H^{+1}N^{+5}O^{-2}_3} \rightarrow \ce{Sn^{+4}O^{-2}_2} + \ce{N^{+4}O^{-2}_2} + \ce{H^{+1}_2O^{-2}}

Semirreacción de oxidación ( $\ce{Sn}$ se oxida de 0 a +4):

\ce{Sn -> SnO2}

\ce{Sn + 2H2O -> SnO2 + 4H+ + 4e-}

Semirreacción de reducción ( $\ce{N}$ se reduce de +5 a +4):

\ce{NO3- -> NO2}

\ce{NO3- + 2H+ + e- -> NO2 + H2O}

Para igualar el número de electrones, la semirreacción de reducción se multiplica por 4:

\ce{4(NO3- + 2H+ + e- -> NO2 + H2O)}

\ce{4NO3- + 8H+ + 4e- -> 4NO2 + 4H2O}

Suma de las semirreacciones:

\ce{Sn + 2H2O + 4NO3- + 8H+ + 4e- -> SnO2 + 4H+ + 4e- + 4NO2 + 4H2O}

Ecuación iónica ajustada (simplificando especies comunes):

\ce{Sn(s) + 4NO3-(aq) + 4H+(aq) -> SnO2(s) + 4NO2(g) + 2H2O(l)}

Ecuación molecular ajustada (combinando $\ce{H+}$ y $\ce{NO3-}$ para formar $\ce{HNO3}$ ):

\ce{Sn(s) + 4HNO3(aq) -> SnO2(s) + 4NO2(g) + 2H2O(l)}

b) Calcule los gramos de estaño que reaccionan con

200 \text{ mL}

de disolución de ácido nítrico

2 \text{ M}

, si el rendimiento de la reacción es del

90 \%.

Cálculo de los moles de ácido nítrico ( $n_{\ce{HNO3}}$ ):

n_{\ce{HNO3}} = C_{\ce{HNO3}} \times V_{\ce{HNO3}} = 2 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \times 0.200 \text{ L} = 0.400 \text{ mol HNO3}

A partir de la estequiometría de la ecuación ajustada, $1 \text{ mol}$ de $\ce{Sn}$ reacciona con $4 \text{ mol}$ de $\ce{HNO3}$ . Se calculan los moles de $\ce{Sn}$ que reaccionarían teóricamente:

n_{\ce{Sn (teórico)}} = 0.400 \text{ mol HNO3} \times \frac{1 \text{ mol Sn}}{4 \text{ mol HNO3}} = 0.100 \text{ mol Sn}

Cálculo de la masa de estaño que reaccionaría teóricamente:

m_{\ce{Sn (teórico)}} = n_{\ce{Sn (teórico)}} \times M_{\ce{Sn}} = 0.100 \text{ mol} \times 118.7 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} = 11.87 \text{ g Sn}

Considerando que el rendimiento de la reacción es del $90 \%$ , la masa real de estaño que reacciona será:

m_{\ce{Sn (real)}} = m_{\ce{Sn (teórico)}} \times \text{Rendimiento} = 11.87 \text{ g} \times 0.90 = 10.683 \text{ g Sn}