T7: Equilibrios redox · Ajuste redox y estequiometría

T7: Equilibrios redox

Ajuste redox y estequiometría

Problema

2023 · Extraordinaria · Titular

El carbono reacciona con ácido nítrico concentrado produciéndose dióxido de carbono, dióxido de nitrógeno y agua.

\ce{C + HNO3} -> \ce{CO2 + NO2 + H2O}

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

\ce{CO2}

, medido a

25 ^\circ \text{C}

1 \text{ atm}

de presión, que se desprenderá cuando reaccione

1 \text{ kg}

de un carbón mineral de riqueza en

\ce{C}

del

60 \%

con exceso de

\ce{HNO3}

Datos: $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$ ; Masa atómica relativa: $\ce{C} = 12$

RedoxEstequiometríaGases ideales

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

Semirreacción de oxidación:

\ce{C + 2 H2O} -> \ce{CO2 + 4 H+ + 4 e-}

Semirreacción de reducción:

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

Ecuación iónica ajustada:

\ce{C + 4 NO3- + 4 H+} -> \ce{CO2 + 4 NO2 + 2 H2O}

Ecuación molecular ajustada:

\ce{C + 4 HNO3} -> \ce{CO2 + 4 NO2 + 2 H2O}

b) Calcule el volumen de

\ce{CO2}

, medido a

25 ^\circ \text{C}

1 \text{ atm}

de presión, que se desprenderá cuando reaccione

1 \text{ kg}

de un carbón mineral de riqueza en

\ce{C}

del

60 \%

con exceso de

\ce{HNO3}

Masa de carbono puro en la muestra:

m_{\ce{C}} = 1000 \text{ g carbón} \cdot 0,60 = 600 \text{ g \ce{C}}

Cantidad de sustancia de carbono ( $M_{\ce{C}} = 12 \text{ g/mol}$ ):

n_{\ce{C}} = \frac{600 \text{ g}}{12 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 50 \text{ mol de \ce{C}}

A partir de la estequiometría de la reacción ( $1 \text{ mol \ce{C}} : 1 \text{ mol \ce{CO2}}$ ), los moles de gas producidos son:

n_{\ce{CO2}} = 50 \text{ mol de \ce{CO2}}

Cálculo del volumen de $\ce{CO2}$ mediante la ecuación de los gases ideales ( $T = 298 \text{ K}$ y $P = 1 \text{ atm}$ ):

V = \frac{n \cdot R \cdot T}{P} = \frac{50 \text{ mol} \cdot 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1} \cdot 298 \text{ K}}{1 \text{ atm}}

V = 1221,8 \text{ L de \ce{CO2}}